WO2024115079A1 - Tragbares peripheriegerät, feldgerät, verfahren sowie kommunikationssystem - Google Patents

Tragbares peripheriegerät, feldgerät, verfahren sowie kommunikationssystem Download PDF

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WO2024115079A1
WO2024115079A1 PCT/EP2023/081478 EP2023081478W WO2024115079A1 WO 2024115079 A1 WO2024115079 A1 WO 2024115079A1 EP 2023081478 W EP2023081478 W EP 2023081478W WO 2024115079 A1 WO2024115079 A1 WO 2024115079A1
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WO
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supply voltage
contact
usb
microcontroller
usb connector
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/081478
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Korrek
Claus Peter Kühnl
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg filed Critical Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/382—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter
    • G06F13/385—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter for adaptation of a particular data processing system to different peripheral devices

Definitions

  • Portable peripheral device Portable peripheral device, field device, method and communication system
  • the invention relates to a portable peripheral device, in particular for use in an industrial automation environment, a field device, in particular for use in an industrial automation environment, a method which is designed in particular for operating a field device and a portable peripheral device externally connected thereto, and a communication system comprising a field device and an external portable peripheral device.
  • USB Universal Serial Bus
  • DE 11 2009 000 147 D5 discloses a mobile device which has a USB plug which supports communication of the mobile device in accordance with the UART and USB standards.
  • the mobile device has a central processing unit in which a USB module is arranged.
  • a separate UART unit in the form of an integrated circuit is provided in the mobile device.
  • the mobile device has a determination device which is configured to determine, on the basis of a signal applied to at least one of the pins of the plug, whether the plug is connected to an external USB device or an external UART device.
  • a separate switching unit with two switches is provided which is configured to connect the data lines of the plug selectively to the USB module or the at least one UART module on the basis of the determination result of the determination device.
  • the object of the present invention is to provide a portable peripheral device and a field device, each of which has a compact design and which enables both the portable peripheral device and the field device to communicate with external electronic devices in a flexible and reliable manner in both a USB and a UART communication mode.
  • a core idea of the invention can be seen in arranging a USB connector, which is preferably a USB Type-C connector, and a microcontroller, i.e. a system-on-a-chip, in a portable peripheral device and in a field device, wherein both a UART unit and a USB unit are implemented in the microcontroller.
  • the microcontroller is designed in particular to detect whether a supply voltage is present at a first or a second supply voltage contact of the USB connector and, depending on the detection result, to activate either only the USB unit or only the UART unit and to connect it to the data transmission contacts of the USB connector.
  • the portable peripheral device is designed as a multifunctional device which, in USB mode, functions as a mass storage device for an externally connected USB-capable electronic device, preferably a personal computer, and in UART mode as a device which can control communication with an externally connected UART-capable device, preferably a field device.
  • a portable peripheral device which can have the following features:
  • USB Universal Serial Bus
  • the USB connector having a first and second data transmission contact, a first supply voltage contact and a second supply voltage contact
  • a power supply device having a first input which is electrically connected to the first supply voltage contact of the USB connector, a second input which is electrically connected to the second supply voltage contact of the USB connector, and a DC voltage output
  • the power supply device is designed to convert a supply voltage applied to the first or second supply voltage contact into a predetermined DC voltage and to provide this at the DC voltage output
  • microcontroller having a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) unit and a USB unit, wherein both the UART unit and the USB unit are electrically connected to the two data transmission contacts of the USB connector, wherein the microcontroller is electrically connected to the DC voltage output of the power supply device and via a communication connection to the memory, wherein the microcontroller is designed to
  • USB unit and the UART unit can each be designed as a software and/or hardware device that can control a UART interface or a USB interface, respectively, each of which has two connections.
  • the USB connector of the peripheral device can be designed as a USB-C connector, i.e. as a USB-C socket or USB-C plug.
  • the microcontroller of the peripheral device can have a first connection that is assigned to the first supply voltage contact of the USB connector and/or a second connection that is assigned to the second supply voltage contact of the USB connector.
  • the microcontroller can be designed to
  • the microcontroller preferably only needs the first connection assigned to the first supply voltage contact or the second connection assigned to the second supply voltage contact in order to be able to determine whether a supply voltage is present at the first or second supply voltage contact of the USB connector. This is because as long as the microcontroller is in the operational state, a supply voltage is always present at either the first or second supply voltage contact, which is used to supply the microcontroller with energy.
  • the first terminal can be assigned to the first supply voltage contact via a first voltage divider, while the second terminal can be assigned to the second supply voltage contact via a second voltage divider.
  • the memory may be a digital memory component, for example a flash memory, which is electrically connected to the DC output of the power supply device.
  • the microcontroller can be designed to, in response to the first supply voltage contact of the USB connector to activate the USB device and cause the portable peripheral to operate as a USB mass storage device.
  • the portable peripheral operates as a passive storage device in a USB communication mode in which data from an externally connected USB-enabled electronic device can only be read from or written to the memory of the peripheral.
  • the portable peripheral device can function not only as a passive data storage device, i.e. as a USB mass storage device, but also as an active device which itself controls, for example, a UART-based communication with an externally connected UART-capable electronic device.
  • software which contains, for example, firmware which is designed to control communication between the portable peripheral device and an external UART-capable electronic device in accordance with the UART standard can be stored in the memory or in at least one separate memory of the portable peripheral device.
  • the microcontroller causes the peripheral device to control communication between the portable peripheral device and an external UART-capable electronic device in accordance with the UART standard.
  • the separate memory can, for example, be a read-only memory that is implemented in the microcontroller.
  • the software can include various programs, such as user programs and firmware.
  • the microcontroller can be designed to execute the software in response to a supply voltage being applied to the second supply voltage contact of the USB connector.
  • the portable peripheral device can in this case function as a data logger, for example.
  • the microcontroller can be designed to generate and/or manage at least one log file that can be stored in the memory by executing the stored software, ie if necessary, to update at regular intervals. In a manner known per se, all actions that are carried out during communication between the portable peripheral device and an externally connected UART-capable electronic device are logged in such a log file.
  • the microcontroller can be designed to read defined data from an externally connected UART-capable electronic device and, for example, store it in the log file.
  • the USB connector can have a feedback contact that is electrically connected to the second supply voltage contact of the USB connector.
  • the feedback contact serves to signal to an externally connected UART-capable electronic device that the portable peripheral device is actually connected.
  • a field device is provided, in particular for use in an industrial automation system, which can have the following features:
  • USB Universal Serial Bus
  • a power supply device having a first input to which the supply voltage of an external power supply source can be applied, a second input which is connected to the first supply voltage contact of the USB connector, and an output for providing a direct supply voltage
  • the power supply device can be connected to the second supply voltage contact of the USB connector via a controllable switching element
  • a microcontroller having a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) unit and a USB unit, wherein both the UART unit and the USB unit are electrically connected to the two data transmission contacts of the USB connector
  • the microcontroller has a first connection that is electrically connected to the output of the power supply device and a second connection associated with the first supply voltage contact of the USB connector, wherein the microcontroller is designed to monitor the second connection in order to detect whether or not a supply voltage is present at the first supply voltage contact of the USB-C connector, wherein the microcontroller is further designed to only activate the USB unit when it has detected the presence of a supply voltage at the first supply voltage contact, and
  • the USB connector is a USB Type-C connector, i.e. a USB Type-C plug or a USB Type-C socket.
  • the power supply device of the field device can be designed to convert a supply voltage applied to the second input into the DC supply voltage and to provide it at the output.
  • the USB connector of the field device can have a signaling contact, wherein the microcontroller of the field device can in this case have a third connection which is electrically connected to the signaling contact of the USB connector.
  • the power supply devices of the field device can be designed to convert the supply voltage present at the first input into the DC supply voltage and to provide this at the output if no supply voltage is present at the first supply voltage contact of the USB connector of the field device.
  • the microcontroller of the field device can be designed to respond to the fact that it has detected that there is no supply voltage at the first supply voltage contact of the USB connector,
  • an external UART-capable electronic device does not have its own supply voltage, it must be supplied with energy by the field device.
  • the microcontroller of the field device can be designed to keep the switching element in the closed state as long as the predetermined signal is present at the signaling contact of the USB connector. In this way, it can be ensured that an external UART-capable electronic device that is connected to the field device can be supplied with energy by the field device.
  • the microcontroller of the field device can be designed to activate only the UART interface if it detects both the absence of a supply voltage at the first supply voltage contact of the USB connector as well as the presence of the predetermined signal at the signaling contact of the USB connector.
  • the microcontroller can be designed to a) open the switching element again after a first predetermined period of time, for example after 20 ms, if the predetermined signal is not present at the signaling contact during the first predetermined time, and b) close the switching element again after a second predetermined time, for example after 2 seconds, and monitor the third connection in order to detect whether the predetermined signal is present at the signaling contact of the USB connector.
  • steps a) and b) can be repeated as often as desired by the microcontroller if no external UART-capable electronic device is connected. However, the number of repetitions can preferably be limited in time.
  • the microcontroller of the field device can be designed to recognize, for example, the device type of a connected external UART-capable electronic device.
  • the microcontroller can be designed to cause the field device to request a connected external UART-capable electronic device to transmit information to the field device, which contains, for example, the device type of the UART-capable electronic device.
  • the above-mentioned technical problem is also solved by the method steps of claim 18.
  • the method can, for example, comprise the following steps: - electrically connecting a field device according to one of claims 13 to 17 to an external portable peripheral device according to claim 8, wherein in the connected state the first supply voltage contact, the second supply voltage contact, the feedback contact, the first data transmission contact and the second data transmission contact of the USB-C connector of the portable peripheral device are electrically connected to the first supply voltage contact, the second supply voltage contact, the signaling contact, the first data transmission contact or the second data transmission contact of the USB-C connector of the field device;
  • the field device Monitoring, by the field device, the first supply voltage contact to detect whether or not a supply voltage is present at the first supply voltage contact of the USB connector of the field device;
  • the signaling contact to detect whether the predetermined signal is present at the signaling contact, which signals that the external peripheral device is connected to the USB connector of the field device;
  • the method may comprise the following further steps:
  • the method may comprise the further step of executing the software stored in the peripheral device and Communication according to the UART standard between the peripheral device and the field device is controlled by the microcontroller of the peripheral device.
  • a firmware and identification data containing the firmware version can be stored in the field device, wherein a firmware and the associated version number, which is preferably assigned to a field device, can be stored in the peripheral device.
  • the method can have the following further steps:
  • the identification data is read from the field device, depending on the identification data read out, it is checked whether the firmware stored in the portable peripheral device is intended for the connected field device, and if so, it is checked whether the firmware stored in the peripheral device is more recent than the firmware stored in the field device, and if so, the firmware stored in the peripheral device is transferred to the field device via the established UART communication connection and the firmware update is initiated.
  • information can be stored in the memory of the peripheral device which indicates that the firmware of the field device has been updated and which contains an indication of the version number of the updated firmware.
  • a configuration and/or parameterization file can be stored in the portable peripheral device, wherein, depending on the identification data read from the field device, the peripheral device checks whether the stored configuration and/or parameterization file is intended for the connected field device, and if so, the stored configuration and/or parameterization file is transferred to the field device and stored in the field device.
  • the microcontroller can read data from the field device and store it in the memory of the peripheral device and/or At least one log file must be stored in the memory of the peripheral device and updated regularly.
  • a communication system which can have the following features: a field device according to one of claims 13 to 17 and an external portable peripheral device according to claim 8, wherein in the connected state the first supply voltage contact, the second supply voltage contact, the feedback contact, the first data transmission contact and the second data transmission contact of the USB-C connector of the portable peripheral device are electrically connected to the first supply voltage contact, the second supply voltage contact, the signaling contact, the first data transmission contact and the second data transmission contact of the USB-C connector of the field device, respectively, wherein the communication system is designed in particular to carry out the method according to one of claims 18 to 24.
  • Figure 1 shows the block diagram of an exemplary portable peripheral device
  • Figure 2 shows the block diagram of an exemplary field device
  • Figure 3 shows an exemplary communication system in which the portable peripheral device according to Figure 1 is electrically and mechanically coupled to a PC
  • Figure 4 shows an exemplary UART-capable extension module that can be connected to the field device shown in Figure 2.
  • Figure 1 shows the block diagram of an exemplary portable peripheral device 10, the components of which can be arranged in a housing 11.
  • the portable peripheral device 10 can be a multifunctional electronic device, also referred to as an expansion module, which can be operated in particular in a USB communication mode as a passive data carrier, ie USB mass storage, and in a UART communication mode as an active electronic device.
  • the portable peripheral device 10 is particularly suitable for use in an industrial automation environment. It should be noted that the power supply of the exemplary portable peripheral device 10 takes place via an externally connectable electronic device.
  • the exemplary portable peripheral device 10 has a USB connector 80, which is preferably designed as a USB Type-C connector.
  • the USB-C connector 80 is a USB-C socket.
  • the USB-C socket 80 is designed in particular for connection to an external electronic device which has a USB-C connector.
  • the external electronic device has a complementary USB-C connector, in this case a USB-C plug.
  • the USB-C plug of the external electronic device can be electrically and mechanically coupled directly to the USB-C socket 80 of the portable peripheral device 10. It is also conceivable that the portable peripheral device 10 can be connected to the external electronic device by means of a USB cable.
  • the USB-C connectors of the portable peripheral device 10 and the external electronic device can each be designed as USB-C plugs or USB-C sockets.
  • the external electronic device can be, for example, a field device 90, which is shown in Fig. 2, or a computer or PC 200, which is shown in Fig. 3.
  • the USB-C connector 80 has in particular a first data transmission
  • the USB-C connector 80 can preferably have further defined contacts in addition to a ground contact 86.
  • the first supply voltage contact can be the connection A4, to which a supply voltage VBUS can be applied by means of an externally connectable USB-capable electronic device, such as the PC 200 or the field device.
  • the second supply voltage contact 82 can be the B5 (CC2) terminal, to which a supply voltage Vconn provided by an external UART-capable electronic device can be applied. As can be seen in Figure 1, the second supply voltage contact 82 can be electrically connected to a feedback contact 83 of the USB-C connector 80.
  • the feedback contact 83 can be the B8 terminal according to the USB Type-C connector specification.
  • a resistor 73 can be connected in series with the feedback contact 83. It serves to limit the current.
  • the two data transfer contacts 84 and 85 may be the terminals A6 and A7 according to the USB Type-C connector specification.
  • the ground terminal 86 may be the terminal Al.
  • the exemplary portable peripheral device 10 has a power supply device 50, which preferably does not include a power supply unit.
  • the power supply device 50 preferably has a first input 52, which is electrically connected to the first supply voltage contact 81 of the USB-C connector 80, a second input 53, which is electrically connected to the second supply voltage contact 82 of the USB-C connector, and a DC voltage output 51.
  • the power supply device 50 is designed to convert a supply voltage VBUS applied to the first supply voltage contact 81 or a supply voltage Vconn applied to the second supply voltage contact 82 into a predetermined DC voltage and to provide this at the DC voltage output 51.
  • the predetermined DC voltage is an internal operating voltage VCC.
  • the power supply device 50 can each have a correspondingly implemented voltage regulator.
  • a voltage regulator can be dispensed with if a microcontroller 20 is implemented in the portable peripheral device 10, which is specified for a maximum voltage of 5.5 V. This is because both the supply voltage VBUS and the supply voltage Vconn are usually 5.5 V, which can be supplied by an external electronic device that can be connected to the portable peripheral device.
  • the microcontroller 20 has a UART unit 30 and a USB unit 40, each of which can be designed as a controller.
  • the UART unit 30 controls two ports of the microcontroller 20, which function as a TxD port 31 and an RxD port 32. In other words: If the UART unit 30 is activated, data is sent via port 31, while data coming from an external electronic device is received at port 32.
  • the UART unit 30 has an enable port 33 to which the microcontroller 20 can apply an activation or enable signal in order to activate the UART unit 30.
  • the TxD port 31 is electrically connected to the first data transfer contact 84, while the RxD port 32 of the UART unit 30 is electrically connected to the second data transfer contact 85, which are specified as D+ and D- ports, respectively, according to the USB-C connector specification.
  • the USB unit 40 is designed to operate two connections 41 and 42 of the microcontroller 20 as a D+ connection and as a D- connection, respectively.
  • the D+ connection 41 is connected to the corresponding first data transfer contact 84, while the D- connection 42 of the microcontroller 20 is connected to the second data transfer contact 85 of the USB-C connector 80.
  • the USB unit 40 also has an enable connection 43 to which the microcontroller 20 can apply an activation or release signal to activate the USB unit 40.
  • a ground connection 27 of the microcontroller 20 is connected to the ground connection 86 of the USB-C connector 80.
  • the microcontroller 20 also has an operating voltage connection 22, which is electrically connected to the DC voltage connection 51 of the power supply device 50.
  • the microcontroller 20 and its components are supplied with voltage via an operating voltage applied to the connection 22, which is supplied by the power supply device 50.
  • the microcontroller 20 is particularly designed to detect whether a supply voltage VBUS is present at the first supply voltage contact 81 of the USB-C connector 80. In response to a supply voltage V Bus being present at the first supply voltage contact 81, the microcontroller 20 activates only the USB unit 40 by applying an activation signal to the enable connection 43 of the USB unit 40, while in response to a supply voltage being present at the second supply voltage contact 82, it activates only the UART unit 30 by applying an activation signal to the enable connection 33.
  • the microcontroller 20 can, for example, have a first detection connection 21, which is assigned to the first supply voltage contact 81, for example via a voltage divider 60.
  • the voltage divider 60 has, for example, two electrical resistors 61 and 62.
  • the common connection point of the two resistors 61 and 62 is electrically connected to the detection connection 21 of the microcontroller 20.
  • the microcontroller 20 can have a second detection connection 23, which is assigned to the second supply voltage contact 82 via a voltage divider 70.
  • the voltage divider 70 can have two electrical resistors 71 and 72, the common connection point of which is electrically connected to the detection connection 23.
  • the resistors 62 and 71 can each be connected to the Ground connection 86 of the USB-C connector 80. It should be noted that for proper operation, the microcontroller 20 only needs the first detection connection 21 assigned to the first supply voltage contact 81 or only the second detection connection 23 assigned to the second supply voltage contact 82 in order to be able to detect whether a supply voltage is present at the first supply voltage contact 81 or the second supply voltage contact 82 of the USB connector 80. In other words: the first detection connection 21 and the exemplary voltage divider 60 or the second detection connection 23 and the voltage divider 70 can be omitted if necessary.
  • a technical reason for this advantageous embodiment is based on the fact that the microcontroller 20 is only operational and can therefore only monitor the first connection 21 and/or the second connection 23 if a supply voltage is actually present at the first supply voltage contact 81 or the second supply voltage contact 82, which is supplied to the microcontroller 20 directly or converted as an operating voltage via the power supply device 52, as explained above.
  • the exemplary functioning of the microcontroller 20 with regard to monitoring the first detection connection 21 and/or the second detection connection 23 will now be explained.
  • the voltage divider 60 supplies a corresponding high level to the detection connection 21, whereupon the microcontroller 20 recognizes that it must activate the USB unit 40.
  • the microcontroller 20 In response to the high level detected at connection 21, the microcontroller 20 generates an activation signal, which is fed to the USB unit 40 via the enable connection 43. Since only the USB unit 40 is activated in this case, only the connections 41 and 42 of the microcontroller 20 are operational. for example, connected with low resistance to the first and second data transmission contacts 84, 85, respectively, while the terminals 31 and 32 of the UART unit 30 are not operational, ie, for example, connected with high resistance to the data transmission contacts 84 and 85.
  • the voltage divider 60 supplies a corresponding low level at the detection connection 21, from which the microcontroller 20 concludes that a supply voltage Vconn is present at the second supply voltage contact 82. In this case, this supply voltage Vconn feeds the microcontroller 20 via the power supply device 50. In response to the low level detected at connection 21, the microcontroller 20 generates an activation signal which is fed to the UART unit 30 via the enable connection 33. Since only the UART unit 30 is activated in this case, only connections 31 and 32 of the microcontroller 20 are operational, i.e., for example, connected with low resistance to the first and second data transmission contacts 84, 85, respectively.
  • the voltage divider 70 supplies a corresponding high level to the detection connection 23, whereupon the microcontroller 20 recognizes that it must activate the UART unit 30.
  • the microcontroller 20 In response to the high level detected at the connection 23, the microcontroller 20 generates an activation signal which is fed to the UART unit 30 via the enable connection 33. Since only the UART unit 30 is activated in this case, only the connections 31 and 32 of the microcontroller 20 are operational, ie, for example, connected with low resistance to the first or second data transmission contact 84, 85. If, however, no supply voltage Vconn is present at the second supply voltage contact 82 of the USB-C connector 80, the voltage divider 70 supplies a corresponding low level at the detection connection 23, from which the microcontroller
  • a supply voltage VBUS is present at the first supply voltage contact 81.
  • this supply voltage VBUS feeds the microcontroller 20 via the power supply device 50.
  • the microcontroller 20 In response to the low level detected at the connection 23, the microcontroller 20 generates an activation signal which is fed to the USB unit 40 via the enable connection 43. Since only the USB unit 40 is activated in this case, only the connections 41 and 42 of the microcontroller 20 are ready for operation, for example connected with a low impedance to the first and second data transmission contacts 84, 85, respectively, while the connections 31 and 32 of the UART unit 30 are not ready for operation, i.e. are connected with a high impedance to the data transmission contacts 84 and 85, for example.
  • the two detection connections 21 and 23 can, if implemented or activated, also be monitored simultaneously by the microcontroller 20 in the manner described above.
  • the microcontroller 20 can
  • the microcontroller 20 When monitoring the detection connections 21 and 23 simultaneously, it is conceivable that the microcontroller 20 only evaluates the respective high level, i.e. only activates the UART unit 30 when a high level is detected by the microcontroller 20 at the second detection connection 23, and only activates the USB unit 40 when a high level is detected by the microcontroller 20 at the first detection connection 21.
  • the two voltage dividers 60 and 70 can also be assigned to the power supply device 50.
  • the exemplary portable peripheral device 10 further comprises a memory 15 which is electrically connected via a connection 17 to the DC voltage output 51 of the Power supply device 50 is connected.
  • the memory 15 can preferably be designed as a digital memory module, such as a flash memory.
  • the memory 15 has a communication interface 16, via which it can be connected to a communication interface 24 of the microcontroller 20 by means of a communication connection 230.
  • the communication connection 230 can be designed, for example, as an SPI (Serial Peripheral Interface) bus system.
  • the communication interfaces 16 and 24 are each designed as an SPI-based interface.
  • software can be stored in the memory 15 and/or in at least one further memory, for example a read-only memory 25, which is implemented in the microcontroller 20.
  • the software can be designed, for example, to control and/or monitor the portable peripheral device 10 and/or to control communication between the portable peripheral device 10 and an external UART-capable electronic device in accordance with the UART standard.
  • this software is at least one program, which can be firmware, for example.
  • User programs can also be part of the software.
  • the microcontroller 20 is designed, for example, to execute the software stored in the memory 15 and/or in the memory 25 in response to a supply voltage Vconn being applied to the second supply voltage contact 82. The exact task and functions of the microcontroller 20 are explained in more detail below in connection with a field device shown as an example in Figure 2 and a communication system 1 shown in Figure 3.
  • the microcontroller 20 detects the presence of a supply voltage at the second supply voltage contact 82, for example, by applying a high-level signal to the detection connection 23 via the voltage divider 70.
  • the microcontroller 20 can also be designed to generate and/or store at least one log file, which can be stored in the memory 15, for example, by executing the stored software.
  • Manage The manage operation also includes regularly updating the log file.
  • a processor 26 can also be implemented in the microcontroller 20, which can communicate with the memory 25, the UART unit 30 and the USB unit 40 via an internal bus.
  • the memory 25 can be implemented in a manner known per se, for example as a working and/or program memory.
  • FIG. 1 An exemplary application for the exemplary portable peripheral device 10 shown in Figure 1 will now be explained in conjunction with Figure 3, in which the portable peripheral device 10 is operated as a USB mass storage device, which is shown in Figure 3.
  • the portable peripheral device 10 is operated as a USB mass storage device, which is shown in Figure 3.
  • Figure 3 only the USB-C connector 80 of the portable peripheral device 10 shown in Figure 1 is shown for the sake of simplicity of illustration.
  • FIG. 3 shows a communication system 1 in which the exemplary portable peripheral device 10 is electrically and mechanically coupled directly to a personal computer 200.
  • the PC 200 has a complementary USB-C connector 210, which in the present example is designed as a USB Type-C connector.
  • the USB-C connector 210 is electrically and mechanically directly connected to the USB-C connector 80 of the portable peripheral device 10, which is designed as a USB-C socket.
  • the USB-C connector 210 has in particular a first data transmission contact 214 and a second data transmission contact 215, which are electrically connected to the contacts 84 and 85 of the USB-C socket 80.
  • the USB-C connector 210 has a supply voltage contact 211.
  • the supply voltage contact 211 is electrically connected to the first supply voltage contact 81 of the USB-C socket 80.
  • a ground contact 216 of the USB-C plug 210 is electrically connected to the ground contact 86 of the USB-C socket 80 of the portable peripheral device 10. Further contacts, such as a contact 213, can be provided.
  • the personal computer 200 for example, has a power supply 220 which applies a DC supply voltage VBUS to the supply voltage contact 211.
  • the power supply 220 can also supply a microcontroller 240 of the PC 200 with energy.
  • a USB controller 230 is preferably implemented in the PC 200, which is connected to the data transmission contacts 214 and 215.
  • the USB controller 230 is preferably designed for USB-based communication with the USB unit 40 of the portable peripheral device 10.
  • the supply voltage VBUS provided by the power supply unit 220 is transmitted via the supply voltage contacts 210 and 81 to the input 52 of the power supply device 50 of the peripheral device 10.
  • a signal with a high level is consequently applied to the detection connection 21 of the microcontroller 20 via the voltage divider 60, which is detected by the microcontroller 20.
  • the microcontroller 20 recognizes from the high level at the detection connection 21 that a supply voltage VBUS is present at the first supply voltage contact 81. In response to this, the microcontroller 20 supplies an activation signal only to the connection 43, so that only the USB unit 40 is activated.
  • the software stored in memory 15 and/or storage 25 may include firmware which, when executed by microcontroller 20, controls and/or monitors peripheral device 10.
  • microcontroller 20 may be configured to operate portable peripheral device 10 as a USB mass storage device with respect to personal computer 200 when the software is executed.
  • personal computer 200 is preferably configured to transmit commands for reading memory 15 and data, as well as commands for storing the data in memory 15, to microcontroller 20 of peripheral device 10 via USB controller 230, data transfer contact pairs 214/215 and 84/85.
  • the microcontroller 20 is designed to read the requested data from the memory 15 and, in cooperation with the USB unit 40, to transmit it to the PC 200 via the data transmission contact pairs 84/85 and 214/215.
  • the microcontroller 20 is preferably designed to execute the write or save command received from the PC 200 by transmitting the associated data from the PC 200 via the communication connection 230 into the memory 15. In this
  • the portable peripheral device 10 functions as a conventional USB mass storage device for the personal computer 220.
  • Figure 2 shows the block diagram of an example field device 90, the components of which can be arranged in a housing 91.
  • the field device 90 can be an actuator or sensor, for example.
  • the field device 90 is particularly suitable for use in an industrial automation environment. It should be noted at this point that the field device 90 is designed to supply energy to an externally connectable UART-capable electronic device, such as the portable peripheral device 10 or the UART-capable expansion device 240 shown as an example in Figure 4.
  • the exemplary field device 90 has a USB connector 150, which is preferably designed as a USB Type-C connector.
  • the USB-C connector 80 is a USB-C plug. It could of course also be designed as a USB-C socket.
  • the USB-C connector 80 is designed in particular for connection to an external electronic device which has a USB-C connector.
  • the external electronic device has a complementary connector, in this case a USB-C socket.
  • the USB-C socket of the external electronic device can be electrically and mechanically coupled directly to the USB-C connector 150 of the field device 90. It is also conceivable that the field device 90 can be connected to the external electronic device by means of a USB cable.
  • the USB-C connectors of the field device 90 and the external electronic device can each be designed as USB-C plugs or USB-C sockets.
  • the external electronic device can be, for example, the portable peripheral device 10, the computer or PC 200, or a UART-capable expansion module, such as the UART-capable expansion module 240 shown in Figure 4.
  • the USB-C connector 150 has in particular a first data transmission contact 154, a second data transmission contact 155, a first supply voltage contact 151 and a second supply voltage contact 152.
  • the USB-C connector 80 can preferably have further defined contacts in addition to a ground contact 156.
  • the first supply voltage contact 151 can be the connection A4, to which a supply voltage VBUS can be applied by means of an externally connectable USB-capable electronic device, such as the PC 200.
  • the second supply voltage contact 152 can be the connection B5 (CC2), to which a supply voltage Vconn provided by the field device 90 itself can be applied.
  • the two data transmission contacts 154 and 155 can be the connections A6 and A7 according to the USB Type-C connector specification.
  • the ground connection 156 can be the connection Al.
  • the exemplary field device 90 has a power supply device 130, which can have a power supply if the field device can be connected to an external supply network (not shown).
  • the function block designated 135 represents the power supply. If the field device is connected to an external DC voltage supply source 170, for example, a voltage regulator is usually used. In this case, the function block designated 135 represents the voltage regulator.
  • the power supply device 130 preferably has a first input 132 to which the supply voltage of an external energy supply source 170, here for example a DC voltage supply source, can be applied.
  • the power supply device 130 also has a second input 131, which is connected to the first supply voltage contact 151 of the USB connector 150, and an output 133 for providing a DC supply voltage.
  • the power supply device 130 is connected to the second supply voltage contact 152 of the USB connector 150.
  • the external DC voltage supply source 170 supplies, for example, a DC voltage of 24V, from which the voltage regulator 135 can generate, for example, a 3.3V DC voltage.
  • a voltage regulator 131 can be connected between the input 131 and the output 133, which can generate a stabilized operating voltage VCC of, for example, 3.3V from a DC voltage VBUS present at the supply voltage contact 151.
  • the switching element 160 can be connected between the second supply voltage contact 152 of the USB-C connector 150 and the output 133 of the power supply device 130.
  • the power supply device 130 can be designed to generate the operating voltage VCC from a supply voltage VBUS applied to the second input 131 by means of the voltage regulator 134 and to provide this at the output 133.
  • the power supply device 130 can also be designed to convert the supply voltage provided by the external energy supply device 170 into the operating voltage VCC and to provide this at the output 133 even if a supply voltage VBUS is applied to the input 131.
  • the power supply device 130 generates the operating voltage from the supply voltage provided by the external energy supply device 170 and provides this at the output 133 if no supply voltage VBUS is applied to the input 131.
  • the field device 90 has a microcontroller 100.
  • the microcontroller 100 preferably has a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) unit 110 and a USB unit 120, which can each be designed as a controller. Both the UART unit 110 and the USB unit 120 are electrically connected to the two data transmission contacts 154 and 155 of the USB connector 150.
  • the microcontroller 100 has a first connection 103, which is electrically connected to the output 133 of the power supply device 130, and a second connection 103, which is connected to the first supply voltage contact 151 of the USB Connector 150 has a connection 102 assigned to it. Connection 102 can also be referred to as a detection connection.
  • Microcontroller 100 can also have a control output 104, which is connected to a control input of switching element 160.
  • Switching element 160 is preferably a semiconductor switching element, which can be implemented, for example, by a bipolar transistor or a field-effect transistor.
  • Microcontroller 100 supplies on and off signals to switching element 160 via control output 104.
  • the UART unit 110 controls two ports of the microcontroller 100, which function as TxD port 111 and RxD port 112. In other words, when the UART unit 110 is activated, data is sent out via port 111, while data coming from an external electronic device is received at port 112.
  • the UART unit 110 has an enable port 113 to which the microcontroller 100 can apply an enable or enable signal to activate the UART unit 110.
  • the TxD port 111 is electrically connected to the second data transmission contact 155
  • the RxD port 112 of the UART unit 110 is electrically connected to the first data transmission contact 154, which are specified as D- or D+ ports according to the USB-C connector specification.
  • the USB unit 120 is designed to operate two connections 121 and 122 of the microcontroller 100 as a D+ connection and as a D- connection, respectively.
  • the D+ connection 121 is connected to the corresponding first data transfer contact 154, while the D- connection 122 of the microcontroller 100 is connected to the second data transfer contact 155 of the USB-C connector 150.
  • the USB unit 120 supports bidirectional and differential data transmission.
  • the USB unit 120 also has an enable connection 123 to which the microcontroller 100 can apply an activation or enable signal in order to activate the USB unit 120.
  • a ground terminal 101 of the microcontroller 100 is connected to the ground terminal 156 of the
  • the microcontroller 100 can have a processor 108 and a memory 109 in which, for example, firmware for controlling and/or monitoring the field device 90 can be stored.
  • the memory 109 can be implemented as a working memory and/or program memory.
  • the processor 108 can be connected to the enable connections 113 and 123, the memory 109 and the control connection 104 via an internal bus.
  • the USB connector 150 can also have a signaling contact 153 and the microcontroller 100 can have a third connection 105 that is electrically connected to the signaling contact 153 of the USB-C connector 150.
  • the SBU1 connection of the USB-C connector 150 can be used as the signaling contact 153.
  • the microcontroller 100 is in particular designed to monitor the second connection 102 in order to detect whether or not a supply voltage VBUS is present at the first supply voltage contact 151 of the USB-C connector 150. Furthermore, the microcontroller 100 can be designed to
  • the detection connection 102 can be assigned to the first supply voltage contact 151 or connected to the supply voltage contact 151 via a voltage divider 140, for example.
  • the voltage divider 140 has, for example, two electrical resistors 141 and 142.
  • the common connection point of the two resistors 141 and 142 is electrically connected to the detection connection 102 of the microcontroller 100.
  • the electrical resistance 141 can be connected to the ground connection 156 of the
  • USB-C connector 150
  • the voltage divider 140 supplies a signal with a corresponding high level to the detection connection 102, whereupon the microcontroller 100 recognizes that only the USB unit 120 is to be activated. In response to the high level detected at the connection 102, the microcontroller 100 generates an activation signal, which is supplied to the USB unit 120 via the enable connection 123.
  • connections 121 and 122 of the microcontroller 20 are operational, i.e., for example, they are connected with low impedance to the first and second data transmission contacts 154, 155, respectively, while the connections 111 and 112 of the UART unit 110 are connected with high impedance, for example, and are therefore not operational, to the data transmission contacts 154, 155.
  • the power supply device 130 ensures that the supply voltage present at the first input 132 is converted into the DC supply voltage VCC and made available at the output 133.
  • the microcontroller 100 detects the absence of a supply voltage at the first supply voltage contact 151 of the USB connector 150, for example, by applying a low level to the connection 102 of the microcontroller 100 via the voltage divider 140.
  • the microcontroller 100 is preferably designed to apply a switch-on signal via the control terminal 104 to the control input of the switching element 160 in response to the detected low level at the terminal 102 in order to close the switching element 160 so that the output 133 of the power supply device 130 is electrically connected to the second supply voltage contact 152 of the USB connector 150. In this way, the operating voltage VCC provided by the power supply device 130 reaches the Supply voltage contact 152. Furthermore, the microcontroller 100 monitors the third connection 105 to detect whether a predetermined signal is present at the signaling contact 153 of the USB connector 150, which signalizes that an external UART-capable electronic device, which preferably does not have its own power supply, is connected to the USB connector 150 of the field device 90.
  • the microcontroller 100 can be designed to keep the switching element 160 in the closed state as long as the predetermined signal is present at the signaling contact 153 of the USB connector 150.
  • an externally connected electronic device for example the portable peripheral device 10, is continuously supplied with energy by the field device 90.
  • the microcontroller 100 can be designed to apply an activation signal to the input 113 and to activate the UART interface 110 only when it has detected both the absence of a supply voltage at the first supply voltage contact 151 of the USB connector 150 by a low level at the connection 102 and the presence of the predetermined signal at the signaling contact 153 of the USB connector 150 or at the connection 105.
  • the microcontroller 100 can, for example, be designed to a) generate a switch-off signal after a first predetermined time period, for example after 20 ms, and to supply the switch-off signal via the connection 104 to the control input of the switching element 160 in order to open the switching element 160 again if the predetermined signal is not present at the signaling contact 153 during the first predetermined time, and b) generate a switch-on signal after a second predetermined time period, for example after 2 seconds, and to supply the switch-on signal via the connection 104 to the control input of the switching element 160 in order to close the switching element 160 again and to monitor the third connection 105 in order to detect whether the predetermined signal is present at the signaling contact 153 of the USB connector 150. is present, and steps a) and b) are repeated if necessary until an external UART-capable electronic device has been connected to the field device 90.
  • the field device 90 can also be designed to recognize the device type of a connected external UART-capable electronic device.
  • the firmware stored in the memory 109 when executed by the microcontroller 100, can instruct the microcontroller 100 to cause the field device 90 to request an external UART-capable electronic device connected to the field device 90 to transmit identification information that can be evaluated by the microcontroller 100 to recognize the connected external electronic device. This communication takes place using the UART unit 110.
  • the field device 90 can have a further memory 95, for example a flash memory, into which information and data can be written and from which information and data can be read. Information can be stored in the memory 95 or in the memory 105, which contains, for example, the version number of the firmware currently used by the field device.
  • the memory 95 and the microcontroller 100 are electrically connected to one another, for example via an SPI bus system.
  • the microcontroller 100 has a communication interface 106 and the memory 95 has a communication interface 96.
  • the first supply voltage contact 81, the second supply voltage contact 82, the feedback contact 83, the ground contact 86, the first data transmission contact 84 and the second Data transfer contact 85 of the USB connector 80 of the portable peripheral device 10 is electrically connected to the first supply voltage contact 151, to the second supply voltage contact 152, to the signaling contact 153, to the ground contact 156, to the first data transfer contact 154 or to the second data transfer contact 155 of the complementary USB connector 150 of the field device 90.
  • the microcontroller 100 begins executing the firmware stored in the memory 109 and causes the field device 90 to monitor the first supply voltage contact 151 to detect whether or not a supply voltage VBUS is present at the first supply voltage contact 151 of the USB connector 150 of the field device 90. Since in the present case the peripheral device 10 does not apply a supply voltage to the supply voltage contact 81 and thus no supply voltage is present at the supply voltage contact 151, a low level is applied to the connection 102 via the voltage divider 140.
  • the microcontroller 100 In response to the detected low level, the microcontroller 100 outputs a switch-on signal to the switching element 160 via the control output 104 and the switching element 160 is closed so that the output 133 of the power supply device 130 of the field device 90 is electrically connected to the second supply voltage contact 152 of the USB connector 150.
  • the microcontroller 100 causes the field device 90 to monitor the signaling contact 153 in order to detect whether a predetermined signal, e.g. a signal with a high level, is present at the signaling contact 153, which signals that the external peripheral device 10 is connected to the USB connector 150 of the field device 90.
  • a predetermined signal e.g. a signal with a high level
  • the microcontroller 100 applies an activation signal to the enable input 113, whereby the UART unit 110 is activated, as already explained above.
  • the microcontroller 100 can advantageously be programmed in such a way that the field device 90 is caused to keep the switching element 160 closed as long as the peripheral device 10 is connected to the field device 90.
  • the microcontroller 20 therefore begins to execute the firmware stored in the memory 25 and first causes the peripheral device 10 to check or detect whether a supply voltage is present at the first supply voltage contact 81 or the second supply voltage contact 82 of the USB connector 80.
  • This procedure was explained in detail above in connection with the peripheral device 10 and Figure 1.
  • the microcontroller 20 can monitor the detection connection 21 and/or the detection connection 23, for example, for the presence of a high or low level.
  • the supply voltage supplied by the power supply device 130 of the field device 90 is only present at the second supply voltage contact 82. Consequently, the microcontroller 20 detects, for example, a high level applied to the detection terminal 23 via the voltage divider 70 and/or, depending on the implementation, a low level applied to the detection terminal 21.
  • the microcontroller 20 knows that the peripheral device 10 is connected to a field device based on the high level detected at the detection connection 23 and/or, depending on the implementation, the low level detected at the detection connection 21.
  • the microcontroller 20 In response to this or in response to the detection that a supply voltage is present at the second supply voltage contact 82 of the USB connector 80, the microcontroller 20 causes only the UART unit 30 to be activated. In this way, a UART-based Communication connection between the peripheral device 10 and the field device 90, ie a communication connection between the UART unit 30 of the peripheral device 10 and the UART unit 110 of the field device 90 via the first and second data transmission contact 84, 85 of the USB connector 80 of the peripheral device 10 and via the first and second data transmission contact 154, 155 of the USB connector 150 of the field device 90.
  • the supply voltage is applied via the second supply voltage contact 82 to the input 53 of the power supply device 50, which generates an operating voltage from the supply voltage and applies this to the output 51 for feeding in particular the microcontroller 20 and the memory 15.
  • the microcontroller 20 is programmed to cause the peripheral device 10 to take over control of the UART-based communication between the peripheral device 10 and the field device 90.
  • a firmware and the associated version number can be stored, for example, in the memory 105 of the field device 90.
  • a firmware intended for a field device and the associated version number can be stored, for example, in the memory 15 of the peripheral device 10.
  • the microcontroller 20 can now cause the peripheral device 10 to
  • the field device 90 can, for example, load the new firmware into the memory 109 and delete the old firmware.
  • the peripheral device 10 can also work as a data logger.
  • the microcontroller 20 can be programmed, for example, such that, when executing the firmware stored in the memory 25, it stores information in the memory 15 of the peripheral device 10 that indicates that the firmware of the field device 90 has been updated and that also contains information about the version number of the updated firmware.
  • a configuration and/or parameterization file is stored in the portable peripheral device 10.
  • the microcontroller 20 can be programmed in such a way that the peripheral device 10 checks, depending on the identification data read from the field device 90, whether the stored configuration and/or parameterization file is intended for the connected field device 90 and, if so, transmits the stored configuration and/or parameterization file to the field device 90.
  • the field device 90 can advantageously be designed to store the received configuration and/or parameterization file, for example in the memory 95.
  • the microcontroller 20 can advantageously be programmed to cause the peripheral device 10 to store at least one log file in the memory 15 and to update it regularly in order to log the workflow preferably as long as the peripheral device 10 is connected to the field device 90. Furthermore, the microcontroller 20 can be programmed in such a way that the peripheral device 10 can specifically request data from the field device 90 and store this data, for example, in the memory 15. This data can be uploaded to this field device, for example, when the peripheral device 10 is re-coupled with the field device 90 or another field device.
  • the field device 90 is connected to a computer, for example the PC 200.
  • the microcontroller 100 begins executing the firmware stored in the memory 109 and causes the field device 90 to monitor the first supply voltage contact 151 to detect whether or not a supply voltage VBUS is present at the first supply voltage contact 151 of the USB connector 150 of the field device 90. Since in the present case the PC 200 has a supply voltage VBUS applied to the supply voltage contact 211 and thus the supply voltage VBUS is also applied to the supply voltage contact 151, a high level is applied to the connection 102 via the voltage divider 140. In response to the detected high level, the microcontroller 100 applies an activation signal to the enable input 123 of the USB unit 120 to activate the USB unit 120.
  • the field device 90 now behaves like a USB device with respect to the PC. In this case, it depends on the implementation of the power supply device 130 whether the operating voltage provided at the output 133 is generated from the supply voltage VBUS present at the input 131 or from the supply voltage of the external supply voltage source 170 present at the input 132.
  • the exemplary extension module 240 shown in Figure 4, which can be connected to the field device 90, for example, will now be considered in detail.
  • the extension module 240 has a USB connector 250, which is preferably designed as a USB type C connector.
  • the USB-C connector 250 is a USB-C plug.
  • the USB connector 250 is designed in particular for connecting to the field device 90.
  • the USB-C connector 250 has in particular a first data transmission contact 254, a second data transmission contact 255, a first supply voltage contact 251, which is preferably not occupied, and a second supply voltage contact 252.
  • the USB-C connector 250 can preferably have further defined contacts in addition to a ground contact 256, but these are not required.
  • the second supply voltage contact 252 can be the connection B5 (CC2), to which a supply voltage Vconn provided by an external UART-capable electronic device can be applied.
  • the second supply voltage contact 252 can be electrically connected, for example by a resistor 300, to a feedback contact 253 of the USB-C connector 250.
  • the resistor 300 is then connected in series with the feedback contact 253.
  • the feedback contact 253 may be the connector A8 according to the USB Type-C connector specification.
  • the two data transfer contacts 254 and 255 may be the terminals A6 and A7 according to the USB Type-C connector specification.
  • the ground terminal 86 may be the terminal Al.
  • the exemplary, preferably portable expansion module 240 has a power supply device 260, which preferably does not include a power supply unit.
  • the power supply device 260 preferably has a first input 261, which is electrically connected to the second supply voltage contact 252 of the USB-C connector 250, and a DC voltage output 262.
  • the power supply device 260 is designed to convert a supply voltage VCONN applied to the second supply voltage contact 252 into a predetermined DC voltage and output it at the DC voltage output
  • the predetermined DC voltage is an internal operating voltage VCC.
  • a microcontroller 270 is implemented in the expansion module 240, which has a UART unit 280, which can be designed as a controller.
  • the UART unit 280 controls two connections 281 and 282 of the microcontroller 270, which function as TxD connection 281 and RxD connection 282. In other words: If the UART unit 30 is activated, data is sent via connection 281, while data coming from an external electronic device is received at connection 282.
  • the UART unit 280 has an enable connection 283, to which the microcontroller 270 can apply an activation or enable signal in order to activate the UART unit 30.
  • the TxD connection 281 is electrically connected to the first data transmission contact 254, while the RxD connection 282 of the UART unit 30 is electrically connected to the second data transmission contact 255, which are specified as D+ and D- connections according to the USB-C connector specification.
  • the microcontroller 270 has a connection 272 which is electrically connected to the output 262 of the power supply device 260.
  • a ground connection 273 of the microcontroller 270 is electrically connected to the ground contact 256 of the USB-C connector 250.
  • the extension module 240 can have at least one functional block 290, which can preferably be implemented as a software and hardware component.
  • the functional block 290 has, for example, a communication interface 291, which can be connected to a communication interface 271 of the microcontroller 270 via an electrical connection, for example via an SPI-based bus system.
  • the functional block 290 is connected to the output 262 of the power supply device 260 via a connection 292.
  • the functional block 290 can, for example, be implemented as a BLE (Bluetooth Low Energy) or as a WLAN module.
  • the field device 90 can be easily expanded to include a wireless communication interface.
  • the function block 290 is designed as an Ethernet controller that controls an Ethernet connector, for example an RJ45 or SPE (Single Pair of Ethernet) connector, which can also be part of the expansion module 240, in a manner known per se.
  • an Ethernet connector for example an RJ45 or SPE (Single Pair of Ethernet) connector, which can also be part of the expansion module 240, in a manner known per se.
  • function block 290 can be designed as an IO-Link transceiver.
  • the field device 90 recognizes this state because the operating voltage applied by the power supply device 130 to the second supply voltage contact 152 has been fed back from the extension module 240 to the signaling contact 153 at the connection 105 of the microcontroller 100.
  • This mode of operation and the other modes of operation of the field device 90 essentially correspond to those that have already been explained above in connection with the portable peripheral device 10.
  • the field device 90 is designed to query information from the extension module 240 that characterizes the extension module. Corresponding information is stored in the extension module 240 so that it can be retrieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere ein tragbares Peripheriegerät (10), das vorzugsweise einen USB-C-Steckverbinder (80) mit zwei Versorgungsspannungs-Kontakten (81, 82) und zwei Datenübertagungs-Kontakten (84, 85), eine Stromversorgungseinrichtung (50), einen Speicher (15) und einen Mikrocontroller (20) aufweist. In dem Mikrocontroller (20) sind sowohl eine UART-Einheit (30) als auch eine USB-Einheit (40) implementiert. Der Mikrocontroller (20) ist insbesondere dazu ausgebildet, zu erkennen, ob an dem ersten oder dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (81, 82) eine Versorgungsspannung anliegt, und in Abhängigkeit des Erkennungsergebnisses entweder nur die USB-Einheit (40) oder nur die UART-Einheit (30) zu aktivieren und mit den Datenübertragungs-Kontakten (84, 85) des USB-Steckverbinders (80) zu verbinden.

Description

Tragbares Peripheriegerät, Feldgerät, Verfahren sowie Kommunikationssystem
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein tragbares Peripheriegerät insbesondere für den Einsatz in einer industriellen Automatisierungsumgebung, ein Feldgerät insbesondere für den Einsatz in einer industriellen Automatisierungsumgebung, ein Verfahren, welches insbesondere zum Betreiben eines Feldgeräts und eines damit extern verbundenen tragbaren Peripheriegeräts ausgebildet ist, sowie ein Feldgerät und ein externes tragbares Peripheriegerät aufweisendes Kommunikationssystem.
Damit Elektronikgeräte in unterschiedlichen Kommunikationsmodi, wie zum Beispiel dem UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)- und dem USB (Universal Serial Bus)-Kommunikationsmodus, betrieben werden können, können Elektronikgeräte mit einem USB-Stecker, einem UART -Modul und einem USB-Modul ausgerüstet werden.
Aus der DE 11 2009 000 147 D5 ist beispielsweise ein Mobilgerät bekannt, welches einen USB-Stecker aufweist, der eine Kommunikation des Mobilgeräts gemäß dem UART- und USB-Standard unterstützt. Hierzu weist das Mobilgerät eine zentrale Verarbeitungseinheit auf, in der ein USB-Modul angeordnet ist. Ferner ist eine separate UART -Einheit in Form einer integrierten Schaltung im Mobilgerät vorgesehen. Ferner weist das Mobilgerät eine Bestimmungseinrichtung auf, die konfiguriert ist, um auf der Basis eines an wenigstens einem der Stifte des Steckers angelegten Signals zu bestimmen, ob der Stecker mit einem externen USB-Gerät oder einem externen UART- Gerät verbunden ist. Zudem ist eine separate Schalteinheit mit zwei Schaltern vorgesehen, die konfiguriert ist, um auf der Basis des Bestimmungsergebnisses der Bestimmungseinrichtung die Datenleitungen des Steckers wahlweise mit dem USB- Modul oder dem wenigstens einen UART -Modul zu verbinden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tragbares Peripheriegerät und ein Feldgerät bereitzustellen, die jeweils kompakt aufgebaut sind und in flexibler und zuverlässiger Weise ermöglichen, dass sowohl das tragbare Peripheriegerät als auch das Feldgerät sowohl in einem USB- als auch in einem UART -Kommunikationsmodus mit externen Elektronikgeräten kommunizieren können.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, einen USB- Steckverbinder, der vorzugsweise ein USB-Typ-C-Steckverbinder ist, und einen Mikrocontroller, d. h. ein System-on-a-Chip jeweils in einem tragbaren Peripheriegerät und in einem Feldgerät anzuordnen, wobei in dem Mikrocontroller sowohl eine UART- Einheit als auch eine USB-Einheit implementiert ist. Der Mikrocontroller ist insbesondere dazu ausgebildet, zu erkennen, ob an einem ersten oder einem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt, und in Abhängigkeit des Erkennungsergebnisses entweder nur die USB-Einheit oder nur die UART -Einheit zu aktivieren und mit den Datenübertragungs-Kontakten des USB-Steckverbinders zu verbinden.
Vorzugsweise ist das tragbare Peripheriegerät als multifunktionales Gerät ausgebildet, welches im USB-Betrieb als Massenspeicher für ein extern angeschaltetes USB-fähiges Elektronikgerät, vorzugsweise einen Personal Computer, und im UART -Betrieb als ein Gerät fungiert, welches die Kommunikation mit einem extern angeschalteten UART- fähigen Gerät, vorzugsweise ein Feldgerät, steuern kann.
Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist ein tragbares Peripheriegerät vorgesehen, welches folgende Merkmale aufweisen kann:
- einen USB (Universal Serial Bus)- Steckverbinder, der zum Verbinden mit einem externen, einen USB-Steckverbinder aufweisenden Elektronikgeräts ausgebildet ist, wobei der USB-Steckverbinder einen ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt, einen ersten Versorgungsspannungs-Kontakt und einen zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt aufweist, - eine Stromversorgungseinrichtung, die einen ersten Eingang, der mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders elektrisch verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB- Steckverbinders elektrisch verbunden ist, und einen Gleichspannungsausgang aufweist, wobei die Stromversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine am ersten oder zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt anliegende Versorgungsspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung umzuwandeln und diese am Gleichspannungsausgang bereitzustellen,
- einen Speicher,
- einen Mikrocontroller, der eine UART (Univeral Asynchronous Receiver Transmitter)-Einheit und eine USB-Einheit aufweist, wobei sowohl die UART -Einheit als auch die USB-Einheit elektrisch mit den beiden Datenübertragungs-Kontakten des USB-Steckverbinders verbunden sind, wobei der Mikrocontroller elektrisch mit dem Gleichspannungsausgang der Stromversorgungseinrichtung und über eine Kommunikationsverbindung mit dem Speicher verbunden ist, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist,
- zu erkennen, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungskontakt des USB- Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt, und
- unter Ansprechen darauf, dass am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt eine Versorgungsspannung anliegt, nur die USB-Einheit zu aktivieren und unter Ansprechen darauf, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt eine Versorgungsspannung anliegt, nur die UART -Einheit zu aktivieren.
Angemerkt sei, dass die USB-Einheit und die UART -Einheit jeweils als Software- und/oder Hardwareeinrichtung ausgebildet sein können, die jeweils eine UART- Schnittstelle bzw. eine USB-Schnittstelle, die jeweils zwei Anschlüsse aufweisen, entsprechend steuern kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der USB-Steckverbinder des Peripheriegeräts als USB-C-Steckverbinder, d.h. als USB-C-Buchse oder USB-C- Stecker, ausgebildet sein kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Mikrocontroller des Peripheriegeräts einen ersten Anschluss, der dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB- Steckverbinders zugeordnet ist, und/oder einen zweiten Anschluss, der dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders zugeordnet ist, aufweisen. Ferner kann der Mikrocontroller dazu ausgebildet sein,
- den ersten Anschluss zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt, und/oder
- den zweiten Anschluss zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt.
Gemäß der beispielhaften Ausgestaltung benötigt der Mikrocontroller vorzugsweise nur den ersten, dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt zugeordneten Anschluss oder den zweiten, dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt zugeordneten Anschluss, um feststellen zu können, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt. Denn solange sich der Mikrocontroller im betriebsbereiten Zustand befindet, liegt stets entweder am ersten oder zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt eine Versorgungsspannung an, die verwendet wird, um den Mikrocontroller mit Energie zu versorgen.
Vorteilhafterweise kann der erste Anschluss über einen ersten Spannungsteiler dem ersten Versorgungsspannungskontakt zugeordnet sein, während der zweite Anschluss über einen zweiten Spannungsteiler dem zweiten Versorgungsspannungskontakt zugeordnet sein kann.
Bei dem Speicher kann es sich um einen digitalen Speicherbaustein, beispielsweise um einen Flash-Speicher handeln, der beispielsweise elektrisch dem Gleichspannungsausgang der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Mikrocontroller dazu ausgebildet sein, unter Ansprechen darauf, dass am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt, die USB-Einheit zu aktivieren und das tragbare Peripheriegerät zu veranlassen, als ein USB-Massenspeicher zu arbeiten. Das bedeutet, dass in diesem Fall das tragbare Peripheriegerät als ein passiver Datenträger in einem USB-Kommunikationsmodus arbeitet, bei dem Daten von einem extern angeschlossenen USB-fähigen Elektronikgerät nur aus dem Speicher des Peripheriegeräts gelesen oder in den Speicher des Peripheriegeräts geschrieben werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das tragbare Peripheriegerät nicht nur als passiver Datenträger, d. h. als ein USB-Massenspeicher, sondern auch als ein aktives Gerät fungieren, welches selbst beispielsweise eine UART -basierte Kommunikation mit einem extern angeschalteten UART-fähigen Elektronikgerät steuert. Hierzu kann in dem Speicher oder in wenigstens einem separaten Speicher des tragbaren Peripheriegeräts eine Software, die beispielsweise eine Firmware enthält, gespeichert sein, welche zum Steuern einer Kommunikation zwischen dem tragbaren Peripheriegerät und einem externen UART-fähigen Elektronikgerät gemäß dem UART-Standard ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Der Mikrocontroller veranlasst unter Ausführung der Software das Peripheriegerät, eine Kommunikation zwischen dem tragbaren Peripheriegerät und einem externen UART-fähigen Elektronikgerät gemäß dem UART-Standard zu steuern.
Bei dem separaten Speicher kann es sich beispielsweise um einen Festwertspeicher handeln, der im Mikrocontroller implementiert ist. Angemerkt sei bereits an dieser Stelle, dass die Software verschiedene Programme umfassen kann, wie zum Beispiel Anwenderprogramme und eine Firmware. Der Mikrocontroller kann in diesem Fall dazu ausgebildet sein, unter Ansprechen darauf, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt, die Software auszuführen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das tragbare Peripheriegerät in diesem Fall beispielsweise als ein Datenlogger fungieren. Hierzu kann der Mikrocontroller dazu ausgebildet sein, unter Ausführung der gespeicherten Software wenigstens eine im Speicher ablegbare Protokolldatei zu erzeugen und/oder zu verwalten, d. h. gegebenenfalls in regelmäßigen Zeitabständen zu aktualisieren. In an sich bekannter Weise werden in einer solchen Protokolldatei sämtliche Aktionen protokolliert, die während einer Kommunikation zwischen dem tragbaren Peripheriegerät und einem extern angeschlossenen UART-fähigen Elektronikgeräts durchgeführt werden. Insbesondere kann der Mikrocontroller dazu ausgebildet sein, definierte Daten aus einem extern angeschlossenen UART-fähigen Elektronikgerät auszulesen und beispielsweise in der Protokolldatei zu speichern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der USB-Steckverbinder einen Rückkopplungskontakt aufweisen, der elektrisch mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders verbunden ist. Wie später noch weiter ausgeführt wird, dient der Rückkopplungskontakt dazu, einem extern angeschlossenen UART-fähigen Elektronikgerät zu signalisieren, dass das tragbare Peripheriegerät tatsächlich auch angeschlossen ist.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Demnach ist ein Feldgerät insbesondere zum Einsatz in einer industriellen Automatisierungsanlage vorgesehen, welches folgende Merkmale aufweisen kann:
- einen USB (Universal Serial Bus)- Steckverbinder, der zum Verbinden mit einem externen, einen USB-Steckverbinder aufweisenden Elektronikgerät ausgebildet ist, wobei der USB-Steckverbinder einen ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt, einen ersten Versorgungsspannungs-Kontakt und einen zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt aufweist,
- eine Stromversorgungseinrichtung, die einen ersten Eingang, an den die Versorgungsspannung einer externen Energieversorgungsquelle anlegbar ist, einen zweiten Eingang, der mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB- Steckverbinders verbunden ist, und einen Ausgang zum Bereitstellen einer Versorgungsgleichspannung aufweist, wobei die Stromversorgungseinrichtung über ein steuerbares Schaltelement mit dem zweiten Versorgungspannungs-Kontakt des USB- Steckverbinders verbindbar ist, und - einen Mikrocontroller, der eine UART (Univeral Asynchronous Receiver Transmitter)-Einheit und eine USB-Einheit aufweist, wobei sowohl die UART -Einheit als auch die USB-Einheit elektrisch mit den beiden Datenübertragungs-Kontakten des USB-Steckverbinders verbunden sind, wobei der Mikrocontroller einen ersten Anschluss, der elektrisch mit dem Ausgang der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, und einen zweiten, dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders zugeordneten Anschluss, aufweist, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, den zweiten Anschluss zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-C-Steckverbinders eine Versorgungsspannung anliegt oder nicht, wobei der Mikrocontroller ferner dazu ausgebildet ist, nur die USB-Einheit zu aktivieren, wenn er das Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt erkannt hat, und nur die UART -Einheit zu aktivieren und das Schaltelement anzusteuem, wenn er das Nicht- Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders erkannt hat.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem USB-Steckverbinder um einen USB-Typ-C- Steckverbinder, d.h. um einen USB-Typ-C-Stecker oder um eine USB-Typ-C-Buchse.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Stromversorgungseinrichtung des Feldgerätes dazu ausgebildet sein, eine am zweiten Eingang anliegende Versorgungsspannung in die Versorgungsgleichspannung umzuwandeln und diese am Ausgang bereitzustellen.
Um dem Feldgerät zu ermöglichen, zu erkennen, ob ein externes insbesondere UART- fähiges Elektronikgerät, beispielsweise das tragbare Peripheriegerät angeschlossen ist, kann der USB-Steckverbinder des Feldgerätes einen Signalisierungs-Kontakt aufweisen, wobei der Mikrocontroller des Feldgeräts in diesem Fall einen dritten Anschluss aufweisen kann, der mit dem Signalisierungs-Kontakt des USB- Steckverbinders elektrisch verbunden ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann hierzu die Stromversorgungseinrichtungen des Feldgeräts dazu ausgebildet sein, die am ersten Eingang anliegende Versorgungsspannung in die Versorgungsgleichspannung umzuwandeln und diese am Ausgang bereitzustellen, wenn am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders des Feldgeräts keine Versorgungsspannung anliegt. Der Mikrocontroller des Feldgeräts kann dazu ausgebildet sein, unter Ansprechen darauf, dass er ein Nicht- Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungspannungs-Kontakt des USB- Steckverbinders erkannt hat,
- das Schaltelement zu schließen, um den Ausgang der Stromversorgungseinrichtung elektrisch mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders zu verbinden, und
- den dritten Anschluss zu überwachen, um zu erkennen, ob am Signalisierungs- Kontakt des USB-Steckverbinders ein vorbestimmtes Signal anliegt, welches signalisiert, dass ein externes UART-fähiges Elektronikgerät am USB-Steckverbinder des Feldgerätes angeschlossen ist.
Wenn ein externes UART-fähiges Elektronikgerät über keine eigene Versorgungsspannung verfügt, muss es vom Feldgerät mit Energie versorgt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Mikrocontroller des Feldgeräts dazu ausgebildet sein, das Schaltelement so lange im geschlossenen Zustand zu halten, wie am Signalisierungs-Kontakt des USB-Steckverbinders das vorbestimmte Signal anliegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein externes UART-fähiges Elektronikgerät, welches am Feldgerät angeschlossen ist, vom Feldgerät mit Energie versorgt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Mikrocontroller des Feldgerätes dazu ausgebildet sein, nur die UART-Schnittstelle zu aktivieren, wenn er sowohl das Nicht-Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders als auch das Anliegen des vorbestimmten Signals am Signalisierungs-Kontakt des USB-Steckverbinders erkennt.
Um verhindern zu können, dass das Feldgerät permanent am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders eine Versorgungsgleichspannung bereitstellt, auch wenn kein externes UART-fähiges Elektronikgerät angeschlossen ist, kann der Mikrocontroller dazu ausgebildet sein, a) das Schaltelement nach einer ersten vorbestimmten Zeitdauer, beispielsweise nach 20 ms, wieder zu öffnen, wenn während der ersten vorbestimmten Zeit am Signalisierungs- Kontakt das vorbestimmte Signal nicht anliegt, und b) nach einer zweiten vorbestimmten Zeit, beispielsweise nach 2 Sekunden, das Schaltelement wieder zu schließen und den dritten Anschluss zu überwachen, um zu erkennen, ob am Signalisierungs-Kontakt des USB- Steckverbinders das vorbestimmte Signal anliegt. Die Schritte a) und b) können vom Mikrocontroller je nach Konfiguration beliebig oft wiederholt werden, wenn kein externes UART-fähiges Elektronikgerät angeschlossen ist. Die Anzahl der Wiederholungen kann jedoch vorzugsweise zeitlich begrenzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Mikrocontroller des Feldgeräts dazu ausgebildet sein, beispielsweise den Gerätetyp eines angeschlossenen externen UART- fähigen Elektronikgeräts zu erkennen. Zu diesem Zweck kann der Mikrocontroller dazu ausgebildet sein, das Feldgerät zu veranlassen, ein angeschlossenes externes UART- fähiges Elektronikgerät aufzufordern, Informationen zum Feldgerät zu übertragen, die beispielsweise den Gerätetyp des UART-fähigen Elektronikgeräts enthalten.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 18 gelöst. Das Verfahren kann beispielsweise folgende Schritte aufweisen: - elektrisches Verbinden eines Feldgeräts nach einem der Ansprüche 13 bis 17 mit einem externen tragbaren Peripheriegerät nach Anspruch 8, wobei im verbundenen Zustand der erste Versorgungsspannungs-Kontakt, der zweite Versorgungsspannungs- Kontakt, der Rückkopplungskontakt, der erste Datenübertragungskontakt und der zweite Datenübertragungs-Kontakt des USB-C-Steckverbinders des tragbaren Peripheriegeräts mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt, dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt, dem Signalisierungskontakt, dem ersten Datenübertragungskontakt bzw. dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt des USB-C- Steckverbinders des Feldgeräts elektrisch verbunden sind;
- Überwachen, durch das Feldgerät, den ersten Versorgungsspannungs-Kontakt, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-Steckverbinders des Feldgeräts eine Versorgungsspannung anliegt oder nicht;
- wenn nicht, Schließen des Schaltelements, so dass die Stromversorgungseinrichtung des Feldgeräts mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt des USB-C- Steckverbinders des Feldgeräts elektrisch verbunden wird,
- Überwachen, durch das Feldgerät, den Signalisierungskontakt, um zu erkennen, ob am Signalisierungskontakt das vorbestimmte Signal anliegt, das signalisiert, dass das externe Peripheriegerät am USB-Steckverbinder des Feldgeräts angeschlossen ist;
- Aktivieren, durch das Feldgerät, der UART -Einheit, wenn erkannt worden ist, dass das vorbestimmte Signal am Signalisierungskontakt anliegt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfassen:
- Erkennen, durch das tragbare Peripheriegerät, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungskontakt des USB-Steckverbinders des Peripheriegeräts eine Versorgungsspannung anliegt, und
- Aktivieren unter Ansprechen auf das Erkennen, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt eine Versorgungsspannung anliegt, nur der UART- Einheit, so dass eine UART -basierte Kommunikationsverbindung zwischen dem Peripheriegerät und dem Feldgerät über den ersten und zweiten Datenübertragungs- Kontakt des USB-Steckverbinders des Peripheriegeräts und über den ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt des USB-Steckverbinders des Feldgeräts hergestellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verfahren den weiteren Schritt umfassen, wonach unter Ausführung der im Peripheriegerät gespeicherten Software eine Kommunikation gemäß dem UART-Standard zwischen dem Peripheriegerät und dem Feldgerät durch den Mikrocontroller des Peripheriegeräts gesteuert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können im Feldgerät eine Firmware und Identifikationsdaten, welche die Firm ware- Version enthalten, gespeichert sein, wobei im Peripheriegerät eine Firmware und die dazu gehörende Versionsnummer, die vorzugsweise einem Feldgerät zugeordnet ist, gespeichert sein kann. In diesem Fall kann das Verfahren folgende weitere Schritte aufweisen:
Unter Ausführung der im Peripheriegerät gespeicherten Software durch den Mikrocontroller wird die Identifizierungsdaten aus dem Feldgerät ausgelesen, in Abhängigkeit der ausgelesen Identifizierungsdaten wird geprüft, ob die im tragbaren Peripheriegerät gespeicherte Firmware für das angeschlossene Feldgerät bestimmt ist, und wenn ja, wird geprüft, ob die im Peripheriegerät gespeicherte Firmware aktueller als die im Feldgerät gespeicherte Firmware ist, und wenn ja, wird die im Peripheriegerät gespeicherte Firmware über die hergestellten UART -Kommunikationsverbindung zum Feldgerät übertragen und die Aktualisierung der Firmware veranlasst.
Vorteilhafterweise kann im Speicher des Peripheriegeräts eine Information gespeichert werden, die angibt, dass die Firmware des Feldgerätes aktualisiert worden ist, und die eine Angabe über die Versionsnummer der aktualisierten Firmware enthält.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in dem tragbaren Peripheriegerät eine Konfigurations- und/oder Parametrisierungsdatei gespeichert sein, wobei in Abhängigkeit der aus dem Feldgerät ausgelesen Identifizierungsdaten vom Peripheriegerät geprüft wird, ob die gespeicherte Konfigurations- und/oder Parametrisierungsdatei für das angeschlossene Feldgerät bestimmt ist, und wenn ja, wird die gespeicherte Konfigurations- und/oder Parametrisierungsdatei zum Feldgerät übertragen und im Feldgerät gespeichert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können unter Ausführung der im Peripheriegerät gespeicherten Software durch den Mikrocontroller Daten aus dem Feldgerät ausgelesen und im Speicher des Peripheriegeräts abgelegt werden und/oder wenigstens eine Protokolldatei im Speicher des Peripheriegeräts abgelegt und regelmäßig aktualisiert werden.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 25 gelöst. Demnach ist ein Kommunikationssystem vorgesehen, welches folgende Merkmale aufweisen kann: ein Feldgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17 und ein externes tragbares Peripheriegerät nach Anspruch 8, wobei im verbundenen Zustand der erste Versorgungsspannungs-Kontakt, der zweite Versorgungsspannungs-Kontakt, der Rückkopplungskontakt, der erste Datenübertragungskontakt und der zweite Datenübertragungs-Kontakt des USB-C-Steckverbinders des tragbaren Peripheriegeräts mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt, dem zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt, dem Signalisierungskontakt, dem ersten Datenübertragungskontakt bzw. dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt des USB-C-Steckverbinders des Feldgeräts elektrisch verbunden sind, wobei das Kommunikationssystem insbesondere zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18 bis 24 ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 das Blockschaltbild eines beispielhaften tragbaren Peripheriegeräts,
Figur 2 das Blockschaltbild eines beispielhaften Feldgerätes,
Figur 3 ein beispielhaftes Kommunikationssystem, bei dem das tragbare Peripheriegerät gemäß Figur 1 elektrisch und mechanisch mit einem PC gekoppelt ist, und
Figur 4 ein beispielhaftes UART-fähiges Erweiterungsmodul, welches an das in Figur 2 gezeigte Feldgerät anschließbar ist. Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines beispielhaften tragbaren Peripheriegeräts 10, dessen Komponenten in einem Gehäuse 11 angeordnet sein können. Bereits an dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei dem tragbaren Peripheriegerät 10 um ein multifunktionales Elektronikgerät, auch als Erweiterungsmodul bezeichnet, handeln kann, das insbesondere in einem USB-Kommunikationsmodus als ein passiver Datenträger, d.h. USB-Massenspeicher, und in einem UART -Kommunikationsmodus als aktives Elektronikgerät betrieben werden kann. Das tragbare Peripheriegerät 10 ist insbesondere zum Einsatz in einer industriellen Automatisierungsumgebung geeignet. Angemerkt sei, dass die Energieversorgung des beispielhaften tragbaren Peripheriegeräts 10 über ein extern anschaltbares Elektronikgerät erfolgt.
Das beispielhafte tragbare Peripheriegerät 10 weist einen USB-Steckverbinder 80 auf, der vorzugsweise als USB-Typ-C-Steckverbinder ausgebildet ist. Beispielhaft sei angenommen, dass es sich bei dem USB-C-Steckverbinder 80 um eine USB-C-Buchse handelt. Die USB-C-Buchse 80 ist insbesondere zum Verbinden mit einem externen Elektronikgerät ausgebildet, welches einen USB-C Steckverbinder aufweist. Bei einer direkten Kopplung zwischen tragbaren Peripheriegerät 10 und einem externen Elektronikgerät weist das externe Elektronikgerät einen komplementären USB-C- Steckverbinder, im vorliegenden Fall also einen USB-C-Stecker auf. Der USB-C- Stecker des externen Elektronikgeräts kann direkt mit der USB-C-Buchse 80 des tragbaren Peripheriegerät 10 elektrisch und mechanisch gekoppelt werden. Denkbar ist auch, dass das tragbare Peripheriegerät 10 mittels eine USB-Kabels mit dem externen Elektronikgerät verbunden werden kann. In diesem Fall können die USB-C- Steckverbinder des tragbaren Peripheriegeräts 10 und des externen Elektronikgeräts jeweils als USB-C-Stecker oder USB-C-Buchsen ausgebildet sein. Bei dem externen Elektronikgerät kann es sich zum Beispiel um ein Feldgerät 90, welches in Fig. 2 gezeigt ist, oder auch um einen Rechner bzw. PC 200 handeln, der in Fig. 3 gezeigt ist.
Der USB-C-Steckverbinder 80 weist insbesondere einen ersten Datenübertragungs-
Kontakt 84, einen zweiten Datenübertragungs-Kontakt 85, einen ersten
Versorgungsspannungs-Kontakt 81 und einen zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 auf. In der Praxis kann der USB-C-Steckverbinder 80 neben einem Massekontakt 86 vorzugsweise weitere definierte Kontakte aufweisen. Gemäß der USB-Typ-C- Steckverbinder- Spezifikation kann es sich bei dem ersten Versorgungsspannungs- Kontakt um den Anschluss A4 handeln, an den eine Versorgungsspannung VBUS mittels eines extern anschließbaren USB-fähigen Elektronikgeräts, wie zum Beispiel dem PC 200 oder dem Feldgerät, anlegt werden kann.
Bei dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 kann es sich um den Anschluss B5 (CC2) handeln, an den eine von einem externen UART-fähigen Elektronikgerät bereitgestellte Versorgungsspannung Vconn angelegt werden kann. Wie in Figur 1 zu sehen, kann der zweite Versorgungsspannungs-Kontakt 82 elektrisch mit einem Rückkopplungskontakt 83 des USB-C-Steckverbinders 80 verbunden sein. Der Rückkopplungs-Kontakt 83 kann der Anschluss B8 gemäß USB-Typ-C-Steckverbinder- Spezifikation sein. Vorzugsweise kann ein Widerstand 73 in Reihe mit dem Rückkopplungs-Kontakt 83 geschaltet sein. Er dient der Strombegrenzung.
Die beiden Datenübertragungs-Kontakte 84 und 85 können die Anschlüsse A6 und A7 gemäß der USB-Typ-C-Steckverbinder-Spezifikation sein. Der Masseanschluss 86 kann der Anschluss Al sein.
Das beispielhafte tragbare Peripheriegerät 10 weist eine Stromversorgungseinrichtung 50 auf, die vorzugsweise kein Netzteil umfasst. Die Stromversorgungseinrichtung 50 weist vorzugsweise einen ersten Eingang 52, der mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 des USB-C-Steckverbinders 80 elektrisch verbunden ist, einen zweiten Eingang 53, der mit dem zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt 82 des USB-C-Steckverbinders elektrisch verbunden ist, und einen Gleichspannungsausgang 51 auf. Die Stromversorgungseinrichtung 50 ist dazu ausgebildet, eine am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 anliegende Versorgungsspannung VBUS oder eine am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 anliegende Versorgungsspannung Vconn in eine vorbestimmte Gleichspannung umzuwandeln und diese am Gleichspannungsausgang 51 bereitzustellen. Bei der vorbestimmten Gleichspannung handelt es sich um eine interne Betriebsspannung VCC. Um eine am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 oder am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 angelegte Versorgungsspannung, bei der es sich vorzugsweise um eine Versorgungsgleichspannung handelt, in die vorbestimmte Gleichspannung umwandeln zu können, kann die Stromversorgungseinrichtung 50 jeweils einen entsprechend implementierten Spannungsregler aufweisen. Auf einen Spannungsregler kann verzichtet werden, wenn im tragbaren Peripheriegerät 10 ein Mikrocontroller 20 implementiert ist, der für eine maximale Spannung von 5,5 V spezifiziert ist. Denn in der Regel beträgt sowohl die Versorgungsspannung VBUS als auch die Versorgungsspannung Vconn 5,5 V, welche von einem externen an das tragbare Peripheriegerät anschaltbare Elektronikgerät geliefert werden kann.
Der Mikrocontroller 20 weist eine UART -Einheit 30 und eine USB-Einheit 40 auf, die jeweils als Controller ausgebildet sein können. Die UART -Einheit 30 steuert zwei Anschlüsse des Mikrocontrollers 20, die als TxD-Anschluss 31 und als RxD- Anschluss 32 füngieren. Mit anderen Worten: Ist die UART-Einheit 30 aktiviert, werden über den Anschluss 31 Daten ausgesendet, während von einem externen Elektronikgerät kommende Daten am Anschluss 32 empfangen werden. Die UART-Einheit 30 verfügt über einen Freigabe- Anschluss 33, an den der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungs- bzw. Freigabesignal anlegen kann, um die UART-Einheit 30 zu aktivieren. Wie in Figur 1 zu sehen, ist der TxD-Anschluss 31 elektrisch mit dem ersten Datenübertragungskontakt 84 verbunden, während der RxD-Anschluss 32 der UART- Einheit 30 elektrisch mit dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt 85 verbunden ist, die gemäß der USB-C-Steckverbinder-Spezifikation als D+ bzw. D- Anschluss spezifiziert sind.
Die USB-Einheit 40 ist dazu ausgebildet, zwei Anschlüsse 41 und 42 des Mikrocontrollers 20 als D+ Anschluss bzw. als D- Anschluss zu betreiben. Der D+ Anschluss 41 ist mit dem entsprechenden ersten Datenübertragungs-Kontakt 84 verbunden, während der D- Anschluss 42 des Mikrocontrollers 20 mit dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt 85 des USB-C-Steckverbinders 80 verbunden ist. Die USB- Einheit 40 verfügt ferner über einen Freigabe- Anschluss 43, an den der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungs- bzw. Freigabesignal anlegen kann, um die USB-Einheit 40 zu aktivieren.
Ein Masseanschluss 27 des Mikrocontrollers 20 ist mit dem Masseanschluss 86 des USB-C-Steckverbinders 80 verbunden. Der Mikrocontroller 20 weist ferner einen Betriebsspannungs- Anschluss 22 auf, der elektrisch mit dem Gleichspannungs- Anschluss 51 der Stromversorgungseinrichtung 50 verbunden ist. Über eine am Anschluss 22 anliegende Betriebsspannung, die von der Stromversorgungseinrichtung 50 geliefert wird, werden der Mikrocontroller 20 und seine Komponenten mit Spannung versorgt.
Der Mikrocontroller 20 ist insbesondere dazu ausgebildet, zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 des USB-C Steckverbinders 80 eine Versorgungsspannung VBUS anliegt. Unter Ansprechen darauf, dass am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 eine Versorgungsspannung V Bus anliegt, aktiviert der Mikrocontroller 20 nur die USB-Einheit 40, indem er ein Aktivierungssignal an den Freigabe- Anschluss 43 der USB-Einheit 40 anlegt, während er unter Ansprechen darauf, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 eine Versorgungsspannung anliegt, nur die UART -Einheit 30 aktiviert, indem er ein Aktivierungssignal an den Freigabe- Anschluss 33 anlegt.
Zu diesem Zweck kann der Mikrocontroller 20 beispielsweise einen ersten Detektionsanschluss 21 aufweisen, der beispielsweise über einen Spannungsteiler 60 dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 zugeordnet ist. Der Spannungsteiler 60 weist beispielsweise zwei elektrische Widerstände 61 und 62 auf. Beispielsweise ist der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Widerstände 61 und 62 mit dem Detektionsanschluss 21 des Mikrocontrollers 20 elektrisch verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Mikrocontroller 20 einen zweiten Detektionsanschluss 23 aufweisen, der über einen Spannungsteiler 70 dem zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt 82 zugeordnet ist. Der Spannungsteiler 70 kann zwei elektrische Widerstände 71 und 72 aufweisen, deren gemeinsamer Anschlusspunkt mit dem Detektionsanschluss 23 elektrisch verbunden ist. Die Widerstände 62 und 71 können jeweils mit dem Masseanschluss 86 des USB-C-Steckverbinders 80 verbunden sein. Angemerkt sei, dass für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Mikrocontroller 20 nur den ersten, dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 zugeordneten Detektionsanschluss 21 oder nur den zweiten, dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 zugeordneten Detektionsanschluss 23 benötigt, um erkennen zu können, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 oder am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 des USB-Steckverbinders 80 eine Versorgungsspannung anliegt. Mit anderen Worten: Der erste Detektionsanschluss 21 und der beispielhafte Spannungsteiler 60 oder der zweite Detektionsanschluss 23 und der Spannungsteiler 70 können gegebenenfalls entfallen.
Ein technischer Grund für diese vorteilhafte Ausgestaltung basiert auf der Tatsache, dass der Mikrocontroller 20 nur betriebsbereit ist und somit den ersten Anschluss 21 und/oder zweiten Anschluss 23 nur dann überwachen kann, wenn tatsächlich am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 oder am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 auch eine Versorgungsspannung anliegt, die direkt oder umgesetzt als Betriebsspannung über die Stromversorgungseinrichtung 52 dem Mikrocontroller 20 zugeführt wird, wie dies weiter oben erläutert worden ist. Die beispielhafte Funktionsweise des Mikrocontrollers 20 hinsichtlich der Überwachung des ersten Detektionsanschlusses 21 und/oder des zweiten Detektionsanschlusses 23 wird nunmehr erläutert.
Angenommen sei zunächst der beispielhafte Fall, dass nur der erste Detektionsanschluss 21 und der Spannungsteiler 60 implementiert sind oder berücksichtigt werden.
Liegt eine Versorgungsspannung VBUS am ersten Versorgungspannungs-Kontakt 81 des USB-C-Steckverbinders 80 an, so liefert der Spannungsteiler 60 einen entsprechenden High-Pegel an den Detektionsanschluss 21, woraufhin der Mikrocontroller 20 erkennt, dass er die USB-Einheit 40 aktivieren muss. Unter Ansprechen auf den am Anschluss 21 detektierten High-Pegel erzeugt der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungssignal, welches über den Freigabe- Anschluss 43 der USB-Einheit 40 zugeführt wird. Da nur die USB-Einheit 40 in diesem Fall aktiviert wird, sind auch nur die Anschlüsse 41 und 42 des Mikrocontrollers 20 betriebsbereit, zum Beispiel niederohmig mit dem ersten bzw. zweiten Datenübertragungs-Kontakt 84, 85 verbunden, während die Anschlüsse 31 und 32 der UART -Einheit 30 nicht betriebsbereit, d.h. zum Beispiel hochohmig mit den Datenübertragungs-Kontakten 84 und 85 verbunden sind.
Liegt hingegen keine Versorgungsspannung VBUS am ersten Versorgungspannungs- Kontakt 81 des USB-C-Steckverbinders 80 an, so liefert der Spannungsteiler 60 einen entsprechenden Low-Pegel an dem Detektionsanschluss 21, woraus der Mikrocontroller 20 schließt, dass eine Versorgungsspannung Vconn am zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt 82 anliegt. Diese Versorgungsspannung Vconn speist nämlich in diesem Fall den Mikrocontroller 20 über die Stromversorgungseinrichtung 50. Unter Ansprechen auf den am Anschluss 21 detektierten Low-Pegel erzeugt der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungssignal, welches über den Freigabe- Anschluss 33 der UART -Einheit 30 zugeführt wird. Da nur die UART -Einheit 30 in diesem Fall aktiviert wird, sind auch nur die Anschlüsse 31 und 32 des Mikrocontrollers 20 betriebsbereit, d.h. beispielsweise niederohmig mit dem ersten bzw. zweiten Datenübertragungs-Kontakt 84, 85 verbunden.
Angenommen sei nun der beispielhafte Fall, dass nur der zweite Detektionsanschluss 23 und der Spannungsteiler 70 implementiert sind oder berücksichtigt werden.
Liegt eine Versorgungsspannung Vconn am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 an, so liefert der Spannungsteiler 70 einen entsprechenden High-Pegel an den Detektionsanschluss 23, woraufhin der Mikrocontroller 20 erkennt, dass er die UART- Einheit 30 aktivieren muss. Unter Ansprechen auf den am Anschluss 23 detektierten High-Pegel erzeugt der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungssignal, welches über den Freigabe- Anschluss 33 der UART -Einheit 30 zugeführt wird. Da nur die UART -Einheit 30 in diesem Fall aktiviert wird, sind auch nur die Anschlüsse 31 und 32 des Mikrocontrollers 20 betriebsbereit, d.h. beispielsweise niederohmig mit dem ersten bzw. zweiten Datenübertragungs-Kontakt 84, 85 verbunden. Liegt hingegen keine Versorgungsspannung Vconn am zweiten Versorgungspannungs- Kontakt 82 des USB-C-Steckverbinders 80 an, so liefert der Spannungsteiler 70 einen entsprechenden Low-Pegel an dem Detektionsanschluss 23, woraus der Mikrocontroller
20 schließt, dass eine Versorgungsspannung VBUS am ersten Versorgungsspannungs- Kontakt 81 anliegt. Diese Versorgungsspannung VBUS speist nämlich in diesem Fall den Mikrocontroller 20 über die Stromversorgungseinrichtung 50. Unter Ansprechen auf den am Anschluss 23 detektierten Low-Pegel erzeugt der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungssignal, welches über den Freigabe- Anschluss 43 der USB-Einheit 40 zugeführt wird. Da nur die USB-Einheit 40 in diesem Fall aktiviert wird, sind auch nur die Anschlüsse 41 und 42 des Mikrocontrollers 20 betriebsbereit, zum Beispiel niederohmig mit dem ersten bzw. zweiten Datenübertragungs-Kontakt 84, 85 verbunden, während die Anschlüsse 31 und 32 der UART -Einheit 30 nicht betriebsbereit, d.h. zum Beispiel hochohmig mit den Datenübertragungs-Kontakten 84 und 85 verbunden sind.
Die beiden Detektionsanschlüsse 21 und 23 können, sofern implementiert oder aktiviert, auch gleichzeitig in der zuvor beschriebenen Weise vom Mikrocontroller 20 überwacht werden. In diesem Fall kann der Mikrocontroller 20 die an den Detektionsanschlüssen
21 und 23 anliegenden High- oder Low-Pegel redundant auswerten und unter Ansprechen hierauf entweder die UART -Einheit 30 oder die USB-Einheit 40 aktivieren.
Denkbar ist bei einem gleichzeitigen Überwachen der Detektionsanschlüsse 21 und 23, dass der Mikrocontroller 20 nur den jeweiligen High-Pegel auswertet, d.h. nur die UART -Einheit 30 aktiviert, wenn am zweiten Detektionsanschluss 23 ein High-Pegel vom Mikrocontroller 20 detektiert wird, und nur die USB-Einheit 40 aktiviert, wenn am ersten Detektionsanschluss 21 ein High-Pegel vom Mikrocontroller 20 detektiert wird.
Angemerkt sei, dass die beiden Spannungsteiler 60 und 70 auch der Stromversorgungseinrichtung 50 zugeordnet werden können.
Das beispielhafte tragbare Peripheriegerät 10 weist ferner einen Speicher 15 auf, der über einen Anschluss 17 elektrisch mit dem Gleichspannungsausgang 51 der Stromversorgungseinrichtung 50 verbunden ist. Der Speicher 15 kann vorzugsweise als ein digitaler Speicherbaustein, wie zum Beispiel ein Flash-Speicher ausgebildet sein kann. Der Speicher 15 weist eine Kommunikationsschnittstelle 16 auf, über die er mittels einer Kommunikationsverbindung 230 mit einer Kommunikationsschnittstelle 24 des Mikrocontrollers 20 verbunden sein kann. Die Kommunikationsverbindung 230 kann beispielsweise als SPI (Serial Peripheral Interface)-Bussystem ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Kommunikationsschnittstellen 16 und 24 jeweils als SPI-basierte Schnittstelle ausgebildet.
Weiterhin kann eine Software in dem Speicher 15 und/oder in wenigstens einem weiteren Speicher, beispielsweise einem Festwertspeicher 25, der im Mikrocontroller 20 implementiert ist, gespeichert sein. Die Software kann beispielsweise zum Steuern und/oder Überwachen des tragbaren Peripheriegeräts 10 und/oder zum Steuern einer Kommunikation zwischen dem tragbaren Peripheriegerät 10 und einem externen UART-fähigen Elektronikgerät gemäß dem UART-Standard ausgebildet sein. Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich bei dieser Software um mindestens ein Programm handelt, welches beispielsweise eine Firmware sein kann. Auch Anwenderprogramme können Bestandteil der Software sein. Der Mikrocontroller 20 ist beispielsweise dazu ausgebildet, unter Ansprechen darauf, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 eine Versorgungsspannung Vconn anliegt, die im Speicher 15 und/oder im Speicher 25 abgelegte Software auszuführen. Die genaue Aufgabe und Funktionen des Mikrocontrollers 20 werden weiter unten noch näher in Verbindung mit einem in Figur 2 beispielhaft dargestellten Feldgerät und einem in Figur 3 gezeigten Kommunikationssystem 1 erläutert.
Wie bereits weiter oben erläutert, erkennt der Mikrocontroller 20 das Anliegen einer Versorgungsspannung am zweiten Versorgungspannungs-Kontakt 82 beispielsweise dadurch, dass über den Spannungsteiler 70 ein High-Pegelsignal an den Detektionsanschluss 23 angelegt wird. In diesem Fall kann der Mikrocontroller 20 ferner dazu ausgebildet sein, unter Ausführung der gespeicherten Software wenigstens eine beispielsweise im Speicher 15 ablegbare Protokolldatei zu erzeugen und/oder zu verwalten. Die Operation verwalten umfasst ebenfalls das regelmäßige Aktualisieren der Protokolldatei.
Angemerkt sei noch, dass im Mikrocontroller 20 noch ein Prozessor 26 implementiert sein kann, der über einen internen Bus mit dem Speicher 25, der UART -Einheit 30 und der USB-Einheit 40 kommunizieren kann. Der Speicher 25 kann in an sich bekannter Weise zum Beispiel als Arbeits- und/oder Programmspeicher implementiert sein.
Es wird nun in Verbindung mit Figur 3 ein beispielhafter Anwendungsfall für das beispielhafte in Figur 1 gezeigte tragbare Peripheriegerät 10 erläutert, bei dem das tragbare Peripheriegerät 10 als USB-Massenspeicher betrieben wird, der in Figur 3 dargestellt ist. In Fig. 3 ist der einfacheren Darstellung wegen nur der USB-C- Steckverbinder 80 des in Figur 1 dargestellten tragbaren Peripheriegeräts 10 gezeigt.
In Figur 3 ist ein Kommunikationssystem 1 gezeigt, bei dem das beispielhafte tragbare Peripheriegerät 10 elektrisch und mechanisch mit einem Personal Computer 200 direkt gekoppelt ist. Demzufolge weist der PC 200 einen komplementären USB-C- Steckverbinder 210, der im vorliegenden Beispiel als USB-Typ-C-Stecker ausgebildet ist, auf. Der USB-C-Stecker 210 ist elektrisch und mechanisch mit dem als USB-C- Buchse ausgebildeten USB-C-Steckverbinder 80 des tragbaren Peripheriegeräts 10 direkt verbunden. Der USB-C-Stecker 210 weist insbesondere einen ersten Datenübertragungs-Kontakt 214 und einen zweiten Datenübertragungs-Kontakt 215 auf, die mit den Kontakten 84 und 85 der USB-C-Buchse 80 elektrisch verbunden sind. Ferner weist der USB-C-Stecker 210 einen Versorgungsspannungs-Kontakt 211 auf. Der Versorgungsspannungs-Kontakt 211 ist elektrisch mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 der USB-C-Buchse 80 verbunden. Ein Massekontakt 216 des USB-C-Steckers 210 ist elektrisch mit dem Massekontakt 86 der USB-C-Buchse 80 des tragbaren Peripheriegeräts 10 verbunden. Weitere Kontakte, wie zum Beispiel ein Kontakt 213 können vorgesehen sein.
Der Personal Computer 200 verfügt beispielsweise über ein Netzteil 220, welches eine Versorgungsgleichspannung VBUS an den Versorgungsspannungs-Kontakt 211 anlegt. Das Netzteil 220 kann auch einen Mikrocontroller 240 des PC 200 mit Energie versorgen. Ferner ist im PC 200 vorzugsweise ein USB Controller 230 implementiert, der mit den Datenübertragungs-Kontakten 214 und 215 verbunden ist. Der USB Controller 230 ist vorzugsweise zur USB-basierten Kommunikation mit der USB- Einheit 40 des tragbaren Peripheriegeräts 10 ausgebildet.
Sind PC 200 und das tragbare Peripheriegerät 10 über den USB-C-Stecker 210 und die USBC-C-Buchse 80 miteinander elektrisch verbunden und ist der PC 200 eingeschaltet, wird die vom Netzteil 220 bereitgestellte Versorgungsspannung VBUS über die Versorgungsspannungs-Kontakte 210 und 81 an den Eingang 52 der Stromversorgungseinrichtung 50 des Peripheriegeräts 10 übertragen. Über den Spannungsteiler 60 wird folglich ein Signal mit einem High-Pegel an den Detektionsanschluss 21 des Mikrocontrollers 20 gelegt, der vom Mikrokontroller 20 detektiert wird. Wie bereits weiter oben erläutert, erkennt der Mikrocontroller 20 anhand des High-Pegels am Detektionsanschluss 21, dass am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 eine Versorgungsspannung VBUS anliegt. Unter Ansprechen hierauf führt der Mikrocontroller 20 ein Aktivierungssignal nur dem Anschluss 43 zu, so dass nur USB-Einheit 40 aktiviert wird. Wie bereits erwähnt, kann die im Speicher 15 und/oder im Speicher 25 gespeicherte Software eine Firmware enthalten, die, wenn sie vom Mikrocontroller 20 ausgeführt wird, das Peripheriegerät 10 steuert und/oder überwacht. Ferner kann der Mikrocontroller 20 derart ausgebildet sein, dass er unter Ausführung der Software das tragbare Peripheriegerät 10 als einen USB- Massenspeicher bezüglich des Personal Computers 200 betreibt. Zu diesem Zweck ist PC 200 vorzugsweise dazu ausgebildet, Befehle zum Auslesen des Speichers 15 und Daten sowie Befehle zum Speichern der Daten in dem Speicher 15 über den USB- Controller 230, die die Datenübertragungs-Kontakte-Paare 214/215 und 84/85 zum Mikrocontroller 20 des Peripheriegeräts 10 zu übertragen. Der Mikrocontroller 20 ist dazu ausgebildet, die angeforderten Daten aus dem Speicher 15 auszulesen und in Zusammenarbeit mit der USB-Einheit 40 über die Datenübertragungs-Kontakte-Paare 84/85 und 214/215 zum PC 200 zu übertragen. Ferner ist der Mikrocontroller 20 vorzugsweise dazu ausgebildet, den vom PC 200 empfangenen Schreib- oder Speicherbefehl auszuführen, indem er die dazugehörenden Daten des PC 200 über die Kommunikationsverbindung 230 in den Speicher 15 schreibt. Bei diesem
Anwendungsfall fungiert das tragbare Peripheriegerät 10 als herkömmlicher USB- Massenspeicher für den Personal Computer 220.
Figur 2 zeigt das Blockschaltbild eines beispielhaften Feldgeräts 90, dessen Komponenten in einem Gehäuse 91 angeordnet sein können. Das Feldgerät 90 kann zum Beispiel ein Aktor oder Sensor sein. Das Feldgerät 90 ist insbesondere zum Einsatz in einer industriellen Automatisierungsumgebung geeignet. Angemerkt sei bereits an dieser Stelle, dass das Feldgerät 90 zur Energieversorgung eines extern anschaltbaren UART-fähigen Elektronikgeräts, wie zum Beispiel das tragbare Peripheriegerät 10 oder das in Figur 4 beispielhaft gezeigte UART-fähige Erweiterungsgerät 240, ausgebildet ist.
Das beispielhafte Feldgerät 90 weist einen USB-Steckverbinder 150 auf, der vorzugsweise als USB-Typ-C-Steckverbinder ausgebildet ist. Beispielhaft sei angenommen, dass es sich bei dem USB-C-Steckverbinder 80 um einen USB-C-Stecker handelt. Er könnte natürlich auch als USB-C-Buchse ausgebildet sein. Der USB-C- Stecker 80 ist insbesondere zum Verbinden mit einem externen Elektronikgerät ausgebildet, welches einen USB-C Steckverbinder aufweist. Bei einer direkten Kopplung zwischen Feldgerät 90 und einem externen Elektronikgerät weist das externe Elektronikgerät einen komplementären Steckverbinder, im vorliegenden Fall also eine USB-C-Buchse auf. Die USB-C-Buchse des externen Elektronikgeräts kann direkt mit dem USB-C-Stecker 150 des Feldgeräts 90 elektrisch und mechanisch gekoppelt werden. Denkbar ist auch, dass das Feldgerät 90 mittels eine USB-Kabels mit dem externen Elektronikgerät verbunden werden kann. In diesem Fall können die USB-C- Steckverbinder des Feldgeräts 90 und des externen Elektronikgeräts jeweils als USB-C- Stecker oder USB-C-Buchsen ausgebildet sein. Bei dem externen Elektronikgerät kann es sich zum Beispiel um das tragbare Peripheriegerät 10, den Rechner bzw. PC 200, oder um ein UART-fähiges Erweiterungsmodul, wie zum Beispiel das in Figur 4 gezeigte UART-fähige Erweiterungsmodul 240 handeln. Der USB-C-Steckverbinder 150 weist insbesondere einen ersten Datenübertragungs- Kontakt 154, einen zweiten Datenübertragungs-Kontakt 155, einen ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 und einen zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152 auf. In der Praxis kann der USB-C-Steckverbinder 80 neben einem Massekontakt 156 vorzugsweise weitere definierte Kontakte auf. Gemäß der USB-Typ-C- Steckverbinder- Spezifikation kann es sich bei dem ersten Versorgungsspannungs- Kontakt 151 um den Anschluss A4 handeln, an den eine Versorgungsspannung VBUS mittels eines extern anschließbaren USB-fähigen Elektronikgeräts, wie zum Beispiel dem PC 200, anlegt werden kann.
Bei dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152 kann es sich um den Anschluss B5 (CC2) handeln, an den eine vom Feldgerät 90 selbst bereitgestellte Versorgungsspannung Vconn angelegt werden kann. Die beiden Datenübertragungs- Kontakte 154 und 155 können die Anschlüsse A6 und A7 gemäß der USB-Typ-C- Steckverbinder- Spezifikation sein. Der Masseanschluss 156 kann der Anschluss Al sein.
Das beispielhafte Feldgerät 90 weist eine Stromversorgungseinrichtung 130 auf, die ein Netzteil aufweisen kann, wenn das Feldgerät an ein externes Versorgungsnetz (nicht dargestellt) angeschlossen werden kann. In diesem Fall stellt der mit 135 bezeichnete Funktionsblock das Netzteil dar. Ist das Feldgerät zum Beispiel an eine externe Gleichspannungs-Versorgungsquelle 170 angeschlossen, kommt in der Regel ein Spannungsregler zum Einsatz. In diesem Fall stellt der mit 135 bezeichnete Funktionsblock den Spannungsregler dar.
Die Stromversorgungseinrichtung 130 weist vorzugsweise einen ersten Eingang 132 auf, an den die Versorgungsspannung einer externen Energieversorgungsquelle 170, hier beispielsweise eine Gleichspannungsversorgungsquelle, anlegbar ist. Ferner weist die Stromversorgungseinrichtung 130 einen zweiten Eingang 131, der mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB-Steckverbinders 150 verbunden ist, und einen Ausgang 133 zum Bereitstellen einer Versorgungsgleichspannung auf. Die Stromversorgungseinrichtung 130 ist über ein steuerbares Schaltelement 160 mit dem zweiten Versorgungspannungs-Kontakt 152 des USB-Steckverbinders 150 verbindbar. Die externe Gleichspannungsversorgungsquelle 170 liefert beispielsweise eine Gleichspannung von 24V, aus der der Spannungsregler 135 beispielsweise eine 3,3V Gleichspannung erzeugen kann. Zwischen den Eingang 131 und den Ausgang 133 kann ein Spannungsregler 131 geschaltet sein, der aus einer am Versorgungsspannungs- Kontakt 151 anliegenden Gleichspannung VBUS eine stabilisierte Betriebsspannung VCC von beispielsweise 3,3 V erzeugen kann. Bei einer beispielhaften Ausfuhrungsform kann das Schaltelement 160 zwischen dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152 des USB-C-Steckverbinders 150 und dem Ausgang 133 der Stromversorgungseinrichtung 130 geschaltet sein.
Die Stromversorgungseinrichtung 130 kann dazu ausgebildet sein, aus einer am zweiten Eingang 131 anliegende Versorgungsspannung VBUS die Betriebsspannung VCC mittels des Spannungsreglers 134 zu erzeugen und diese am Ausgang 133 bereitzustellen. Je nach Implementierung kann die Stromversorgungseinrichtung 130 auch dazu ausgebildet sein, die von der externen Energieversorgungseinrichtung 170 bereitgestellte Versorgungsspannung auch dann in die Betriebsspannung VCC umzuwandeln und diese am Ausgang 133 bereitzustellen, wenn am Eingang 131 eine Versorgungsspannung VBUS anliegt. In jedem Fall erzeugt die Stromversorgungseinrichtung 130 aus der von der externen Energieversorgungseinrichtung 170 bereitgestellten Versorgungsspannung die Betriebsspannung und stellt diese am Ausgang 133 bereit, wenn am Eingang 131 keine Versorgungsspannung VBUS anliegt.
Ferner weist das Feldgerät 90 einen Mikrocontroller 100 auf. Der Mikrocontroller 100 weist vorzugsweise eine UART (Univeral Asynchronous Receiver Transmitterj-Einheit 110 und eine USB-Einheit 120 aufweist, die jeweils als Controller ausgebildet sein können. Sowohl die UART -Einheit 110 als auch die USB-Einheit 120 sind elektrisch mit den beiden Datenübertragungs-Kontakten 154 und 155 des USB-Steckverbinders 150 verbunden. Ferner weist der Mikrocontroller 100 einen ersten Anschluss 103, der elektrisch mit dem Ausgang 133 der Stromversorgungseinrichtung 130 verbunden ist, und einen zweiten, dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB- Steckverbinders 150 zugeordneten Anschluss 102, auf. Der Anschluss 102 kann auch als Detektionsanschluss bezeichnet werden. Der Mikrocontroller 100 kann ferner einen Steuerausgang 104 aufweisen, der mit einem Steuereingang des Schaltelements 160 verbunden ist. Das Schaltelement 160 ist vorzugsweise ein Halbleiterschaltelement, das zum Beispiel durch einen Bipolar-Transistor oder einen Feldeffekt-Transistor realisiert sein kann. Über den Steuerausgang 104 liefert der Mikrocontroller 100 Ein- und Ausschaltsignale an das Schaltelement 160.
Die UART -Einheit 110 steuert zwei Anschlüsse des Mikrocontrollers 100, die als TxD- Anschluss 111 und als RxD- Anschluss 112 fungieren. Mit anderen Worten: Ist die UART -Einheit 110 aktiviert, werden über den Anschluss 111 Daten ausgesendet, während von einem externen Elektronikgerät kommende Daten am Anschluss 112 empfangen werden. Die UART -Einheit 110 verfügt über einen Freigabe- Anschluss 113, an den der Mikrocontroller 100 ein Aktivierungs- bzw. Freigabesignal anlegen kann, um die UART -Einheit 110 zu aktivieren. Wie in Figur 2 zu sehen, ist der TxD- Anschluss 111 elektrisch mit dem zweiten Datenübertragungskontakt 155 verbunden, während der RxD- Anschluss 112 der UART -Einheit 110 elektrisch mit dem ersten Datenübertragungs-Kontakt 154 verbunden ist, die gemäß der USB-C-Steckverbinder- Spezifikation als D- bzw. D+ Anschluss spezifiziert sind.
Die USB-Einheit 120 ist dazu ausgebildet, zwei Anschlüsse 121 und 122 des Mikrocontrollers 100 als D+ Anschluss bzw. als D- Anschluss zu betreiben. Der D+ Anschluss 121 ist mit dem entsprechenden ersten Datenübertragungs-Kontakt 154 verbunden, während der D- Anschluss 122 des Mikrocontrollers 100 mit dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt 155 des USB-C-Steckverbinders 150 verbunden ist. In an sich bekannter Weise unterstützt die USB-Einheit 120 eine bidirektionale und differentielle Datenübertragung. Die USB-Einheit 120 verfügt ferner über einen Freigabe- Anschluss 123, an den der Mikrocontroller 100 ein Aktivierungs- bzw. Freigabesignal anlegen kann, um die USB-Einheit 120 zu aktivieren.
Ein Masseanschluss 101 des Mikrocontrollers 100 ist mit dem Masseanschluss 156 des
USB-C-Steckverbinders 150 verbunden. In an sich bekannter Weise kann der Mikrocontroller 100 einen Prozessor 108 und einen Speicher 109 aufweisen, in dem zum Beispiel eine Firmware zum Steuern und/oder Überwachen des Feldgeräts 90 gespeichert sein kann. In an sich bekannter Weise kann der Speicher 109 als Arbeits- und/oder Programmspeicher implementiert sein. Der Prozessor 108 kann über einen internen Bus mit den Freigabeanschlüssen 113 und 123, dem Speicher 109 und dem Steueranschluss 104 verbunden sein.
Angemerkt sei, dass der USB-Steckverbinder 150 noch einen Signalisierungs-Kontakt 153 und der Mikrocontroller 100 einen dritten Anschluss 105, der mit dem Signalisierungs-Kontakt 153 des USB-C-Steckverbinders 150 elektrisch verbunden ist, aufweisen kann. Als Signalisierungs-Kontakt 153 kann zum Beispiel der SBU1 Anschluss des USB-C-Steckverbinders 150 verwendet werden.
Der Mikrocontroller 100 ist insbesondere dazu ausgebildet, den zweiten Anschluss 102 zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB-C-Steckverbinders 150 eine Versorgungsspannung VBUS anliegt oder nicht. Ferner kann der Mikrocontroller 100 dazu ausgebildet sein,
- nur die USB-Einheit 120 zu aktivieren, wenn er das Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 erkannt hat, und
- nur die UART -Einheit 110 zu aktivieren und das Schaltelement 160 über den Steuerausgang 104 anzusteuern, wenn er das Nicht- Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB- Steckverbinders 150 erkannt hat.
Zu diesem Zweck kann der Detektionsanschluss 102 beispielsweise über einen Spannungsteiler 140 dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 zugeordnet sein bzw. mit dem Versorgungsspannungs-Kontakt 151 verbunden werden. Der Spannungsteiler 140 weist beispielsweise zwei elektrische Widerstände 141 und 142 auf. Beispielsweise ist der gemeinsame Anschlusspunkt der beiden Widerstände 141 und 142 mit dem Detektionsanschluss 102 des Mikrocontrollers 100 elektrisch verbunden. Der elektrische Widerstand 141 kann mit dem Masseanschluss 156 des
USB-C-Steckverbinders 150 verbunden sein.
Liegt eine Versorgungsspannung VBUS am ersten Versorgungspannungs-Kontakt 151 des USB-C-Steckverbinders 150 an, so liefert der Spannungsteiler 140 ein Signal mit einem entsprechenden High-Pegel an den Detektionsanschluss 102, woraufhin der Mikrocontroller 100 erkennt, dass nur die USB-Einheit 120 aktiviert werden soll. Unter Ansprechen auf den am Anschluss 102 detektierten High-Pegel erzeugt der Mikrocontroller 100 ein Aktivierungssignal, welches über den Freigabe- Anschluss 123 der USB-Einheit 120 zugeführt wird. Da nur die USB-Einheit 120 in diesem Fall aktiviert wird, sind auch nur die Anschlüsse 121 und 122 des Mikrocontrollers 20 betriebsbereit, d.h. zum Beispiel niederohmig mit dem ersten bzw. zweiten Datenübertragungs-Kontakt 154, 155 verbunden, während die Anschlüsse 111 und 112 der UART -Einheit 110 zum Beispiel hochohmig und somit nicht betriebsbereit mit den Datenübertragungs-Kontakt 154, 155 verbunden sind.
Liegt hingegen keine Versorgungsspannung VBUS am ersten Versorgungspannungs- Kontakt 151 des USB-C-Steckverbinders 150 an, sorgt die Stromversorgungseinrichtung 130 dafür, dass die am ersten Eingang 132 anliegende Versorgungsspannung in die Versorgungsgleichspannung VCC umgewandelt und am Ausgang 133 bereitgestellt wird. Das Nicht-Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB-Steckverbinders 150 erkennt der Mikrocontroller 100 beispielsweise dadurch, dass ein Low-Pegel über den Spannungsteiler 140 an den Anschluss 102 des Mikrocontrollers 100 angelegt wird.
Der Mikrocontroller 100 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, unter Ansprechen auf den erkannten Low-Pegel am Anschluss 102 ein Einschaltsignal über den Steueranschluss 104 an den Steuereingang des Schaltelement 160 zu legen, um das Schaltelement 160 zu schließen, so dass der Ausgang 133 der Stromversorgungseinrichtung 130 elektrisch mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152 des USB-Steckverbinders 150 verbinden wird. Auf diese Weise gelangt die von der Stromversorgungseinrichtung 130 bereitgestellte Betriebsspannung VCC als Spannung VCONN an den Versorgungsspannungs-Kontakt 152. Ferner überwacht der Mikrocontroller 100 den dritten Anschluss 105, um zu erkennen, ob am Signalisierungs-Kontakt 153 des USB- Steckverbinders 150 ein vorbestimmtes Signal anliegt, welches signalisiert, dass ein externes UART-fähiges Elektronikgerät, welches vorzugsweise über keine eigene Energieversorgung verfügt, am USB-Steckverbinder 150 des Feldgeräts 90 angeschlossen ist.
Der Mikrocontroller 100 kann in diesem Fall dazu ausgebildet sein, das Schaltelement 160 so lange im geschlossenen Zustand zu halten, wie am Signalisierungs-Kontakt 153 des USB-Steckverbinders 150 das vorbestimmte Signal anliegt. Auf diese Weise wird ein extern angeschaltetes Elektronikgerät, beispielsweise das tragbare Peripheriegerät 10, fortlaufend vom Feldgerät 90 mit Energie versorgt.
Der Mikrocontroller 100 kann dazu ausgebildet sein, ein Aktivierungssignal nur dann an den Eingang 113 anzulegen und die UART-Schnittstelle 110 zu aktivieren, wenn er sowohl das Nicht-Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB-Steckverbinders 150 durch einen Low- Pegel am Anschluss 102 als auch das Anliegen des vorbestimmten Signals am Signalisierungs-Kontakt 153 des USB-Steckverbinders 150 bzw. am Anschluss 105 erkannt hat.
Der Mikrocontroller 100 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, a) nach einer ersten vorbestimmten Zeitdauer, zum Beispiel nach 20ms, ein Ausschaltsignal zu erzeugen und das Ausschaltsignal über den Anschluss 104 dem Steuereingang des Schaltelements 160 zuzuführen, um das Schaltelement 160 wieder zu öffnen, wenn während der ersten vorbestimmten Zeit am Signalisierungs-Kontakt 153 das vorbestimmte Signal nicht anliegt, und b) nach einer zweiten vorbestimmten Zeit, zum Beispiel nach 2 Sekunden ein Einschaltsignal zu erzeugen und das Einschaltsignal über den Anschluss 104 dem Steuereingang des Schaltelements 160 zuzuführen, um das Schaltelement 160 wieder zu schließen und den dritten Anschluss 105 zu überwachen, um zu erkennen, ob am Signalisierungs-Kontakt 153 des USB-Steckverbinders 150 das vorbestimmte Signal anliegt, und die Schritte a) und b) gegebenenfalls solange zu wiederholen, bis ein externes UART- fähiges Elektronikgerät an das Feldgerät 90 angeschlossen worden ist.
Das Feldgerät 90 kann ferner dazu ausgebildet sein, den Gerätetyp eines angeschlossenen externen UART-fähigen Elektronikgeräts zu erkennen. Beispielsweise kann hierzu die in dem Speicher 109 abgelegte Firmware, wenn sie vom Mikrocontroller 100 ausgeführt wird, den Mikrocontroller 100 anweisen, das Feldgerät 90 zu veranlassen, ein am Feldgerät 90 angeschlossenes externes UART-fähiges Elektronikgerät aufzufordern, eine Identifikationsinformation zu übertragen, die vom Mikrocontroller 100 zum Erkennen des angeschlossenen externen Elektronikgeräts ausgewertet werden kann. Diese Kommunikation erfolgt mithilfe der UART -Einheit 110.
Das Feldgerät 90 kann einen weiteren Speicher 95, zum Beispiel einen Flash-Speicher aufweisen, in den Informationen und Daten geschrieben und aus dem Informationen und Daten ausgelesen werden können. In dem Speicher 95 oder in dem Speicher 105 können Informationen gespeichert sein, die zum Beispiel die Versionsnummer der aktuell vom Feldgerät verwendeten Firmware enthalten. Der Speicher 95 und der Mikrocontroller 100 sind elektrisch zum Beispiel über eine SPI-Bussystem miteinander verbunden. Hierzu weisen der Mikrocontroller 100 eine Kommunikationsschnittstelle 106 und der Speicher 95 eine Kommunikationsschnittstelle 96 auf.
Nunmehr wird ein weiterer beispielhafter Anwendungsfall betrachtet. Angenommen sei, dass das in Figur 1 gezeigte tragbare Peripheriegerät 10 beispielsweise direkt mit dem in Figur 2 gezeigten Feldgerät 90 elektrisch und mechanisch gekoppelt ist, und dass das Feldgerät 90 elektrisch mit der Versorgungsspannungsquelle 170 verbunden ist. Sowohl das Peripheriegerät 10 als auch das Feldgerät 90 seien betriebsbereit.
Im verbundenen Zustand sind insbesondere der erste Versorgungsspannungs-Kontakt 81, der zweite Versorgungsspannungs-Kontakt 82, der Rückkopplungskontakt 83, der Massekontakt 86, der erste Datenübertragungskontakt 84 und der zweite Datenübertragungs-Kontakt 85 des USB-Steckverbinders 80 des tragbaren Peripheriegeräts 10 mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151, mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152, mit dem Signalisierungs-Kontakt 153, mit dem Massekontakt 156, mit dem ersten Datenübertragungskontakt 154 bzw. mit dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt 155 des komplementären USB— Steckverbinders 150 des Feldgeräts 90 elektrisch verbunden.
Ein beispielhaftes Betriebsverhalten sowie beispielhafte Funktionsabläufe dieses gekoppelten Kommunikationssystems werden nachfolgend detailliert beschrieben.
Wird das Feldgerät 90 beispielsweise eingeschaltet oder in anderer Weise in Betriebsbereitschaft versetzt, beginnt der Mikrocontroller 100 mit der Ausführung der im Speicher 109 gespeicherten Firmware und veranlasst das Feldgerät 90, den ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB-Steckverbinders 150 des Feldgeräts 90 eine Versorgungsspannung VBUS anliegt oder nicht. Da im vorliegenden Fall das Peripheriegerät 10 keine Versorgungsspannung an den Versorgungsspannungs- Kontakt 81 anlegt und somit auch am Versorgungsspanungs-Kontakt 151 keine Versorgungsspannung anliegt, wird an den Anschluss 102 über den Spannungsteiler 140 ein Low-Pegel angelegt. Unter Ansprechen auf den erkannten Low-Pegel gibt der Mikrocontroller 100 über den Steuerausgang 104 ein Einschaltsignal an das Schaltelement 160 aus und das Schaltelement 160 wird geschlossen, so dass der Ausgang 133 der Stromversorgungseinrichtung 130 des Feldgeräts 90 mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152 des USB-Steckverbinders 150 elektrisch verbunden wird. Zudem veranlasst der Mikrocontroller 100 das Feldgerät 90, den Signalisierungs-Kontakt 153 zu überwachen, um zu erkennen, ob am Signalisierungs- Kontakt 153 ein vorbestimmtes Signal, z.B. ein Signal mit einem High-Pegel, anliegt, das signalisiert, dass das externe Peripheriegerät 10 am USB-Steckverbinder 150 des Feldgeräts 90 angeschlossen ist. Da im vorliegenden Fall das Peripheriegerät 10 am Feldgerät 90 angeschaltet ist, wird die von der Stromversorgungseinrichtung 130 über die Versorgungsspannungs-Kontakte 151 und 81 übertragene Versorgungsspannung über den zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82, den Rückkopplungskontakt 83 und den Signalisierungs-Kontakt 153 an den Eingang 105 des Mikrocontrollers 100 zurückgeführt. Unter Ansprechen auf den am Eingang 105 anliegenden High-Pegel legt der Mikrocontroller 100 ein Aktivierungssignal an den Freigabe-Eingang 113, wodurch die UART -Einheit 110, wie oben bereits erläutert, aktiviert wird. Wie oben bereits erläutert, kann der Mikrocontroller 100 vorteilhafterweise derart programmiert sein, dass das Feldgerät 90 veranlasst wird, das Schaltelement 160 solange geschlossen zu halten, wie das Peripheriegerät 10 am Feldgerät 90 angeschlossen ist.
Angenommen sei ferner, dass auch das Peripheriegerät 10 eingeschaltet oder in anderer Weise in Betriebsbereitschaft versetzt worden ist. Demzufolge beginnt der Mikrocontroller 20 mit der Ausführung der im Speicher 25 gespeicherten Firmware und veranlasst zunächst das Peripheriegerät 10, zu prüfen bzw. erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 81 oder am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 des USB-Steckverbinders 80 eine Versorgungsspannung anliegt. Dieses Prozedere wurde weiter oben in Verbindung mit dem Peripheriegerät 10 und Figur 1 ausführlich erläutert. Hierzu kann, wie oben bereits ausführlich erläutert, der Mikrocontroller 20 den Detektionsanschluss 21 und/oder den Detektionsanschluss 23 beispielsweise auf das Anliegen eines High- oder Low-Pegels hin überwachen. Im vorliegenden Fall liegt nur am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 die von der Stromversorgungseinrichtung 130 des Feldgeräts 90 gelieferte Versorgungsspannung an. Folglich erkennt der Mikrocontroller 20 beispielsweise einen über den Spannungsteiler 70 an den Detektionsanschluss 23 angelegten High-Pegel und/oder, je nach Implementierung, einen am Detektionsanschluss 21 anliegenden Low-Pegel.
Gemäß einer vorteilhaften Implementierung weiß der Mikrocontroller 20 anhand des am Detektionsanschluss 23 erkannten High-Pegels und/oder, je nach Implementierung, des am Detektionsanschluss 21 erkannten Low-Pegels, dass das Peripheriegerät 10 an einem Feldgerät angeschlossen ist.
Unter Ansprechen hierauf bzw. unter Ansprechen auf das Erkennen, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 des USB-Steckverbinders 80 eine Versorgungsspannung anliegt, veranlasst der Mikrocontroller 20, dass nur die UART- Einheit 30 aktiviert wird. Auf diese Weise wird eine UART -basierte Kommunikationsverbindung zwischen dem Peripheriegerät 10 und dem Feldgerät 90, d.h. eine Kommunikationsverbindung zwischen der UART -Einheit 30 des Peripheriegeräts 10 und der UART -Einheit 110 des Feldgeräts 90 über den ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt 84, 85 des USB-Steckverbinders 80 des Peripheriegeräts 10 und über den ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt 154, 155 des USB-Steckverbinders 150 des Feldgeräts 90 hergestellt.
Die Versorgungsspannung wird über den zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 82 an den Eingang 53 der Stromversorgungseinrichtung 50 gelegt, die aus der Versorgungsspannung eine Betriebsspannung erzeugt und diese an den Ausgang 51 zur Speisung insbesondere des Mikrocontrollers 20 und des Speichers 15 legt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mikrocontroller 20 derart programmiert, dass er das Peripheriegerät 10 veranlasst, die Steuerung der UART -basierten Kommunikation zwischen dem Peripheriegerät 10 und dem Feldgerät 90 zu übernehmen.
Wie bereits erwähnt, kann beispielsweise in dem Speicher 105 des Feldgeräts 90 eine Firmware und die dazugehörende Versionsnummer gespeichert sein. Zudem kann beispielsweise im Speicher 15 des Peripheriegeräts 10 eine für ein Feldgerät bestimmte Firmware und die dazugehörende Versionsnummer gespeichert sein.
Unter Ausführung der im Peripheriegerät 10 gespeicherten Software kann nunmehr der Mikrocontroller 20 das Peripheriegerät 10 veranlassen,
- über die bestehende UART -basierte Kommunikationsverbindung das Feldgerät 90 aufzufordern, Identifizierungsdaten, die die Versionsnummer der Firmware und eine Kennung des Feldgeräts 90 enthalten, aus dem Speicher 109 auszulesen und zum Peripheriegerät 10 zu übertragen,
- in Abhängigkeit der empfangenen Identifizierungsdaten zu prüfen, ob die im Peripheriegerät 10 gespeicherte Firmware für das angeschlossene Feldgerät 90 bestimmt ist,
- wenn ja, anhand der im Speicher 15 gespeicherten Versionsnummer und der vom Feldgerät 90 empfangenen Versionsnummer zu prüfen, ob die im Peripheriegerät 10 gespeicherte Firmware aktueller als die im Feldgerät 90 gespeicherte Firmware ist; und - wenn ja, die im Peripheriegerät 10 gespeicherte Firmware über die hergestellte UART- basierte Kommunikationsverbindung zum Feldgerät 90 zu übertragen und die Aktualisierung der Firmware im Feldgerät 90 zu veranlassen. Hierzu kann das Feldgerät 90 beispielsweise die neue Firmware in den Speicher 109 laden und die alte Firmware löschen.
Beispielsweise kann das Peripheriegerät 10 zusätzlich als ein Datenlogger arbeiten. Hierzu kann der Mikrocontroller 20 beispielweise derart programmiert sein, dass er unter Ausführung der im Speicher 25 abgelegten Firmware im Speicher 15 des Peripheriegeräts 10 eine Information speichert, die angibt, dass die Firmware des Feldgeräts 90 aktualisiert worden ist, und die ferner eine Angabe über die Versionsnummer der aktualisierten Firmware enthält.
Denkbar ist ferner, dass in dem tragbaren Peripheriegerät 10 eine Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei gespeichert ist. In diesem Fall kann der Mikrocontroller 20 derart programmiert sein, das Peripheriegerät 10 zu veranlassen, in Abhängigkeit der aus dem Feldgerät 90 ausgelesenen Identifizierungsdaten zu prüfen, ob die gespeicherte Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei für das angeschlossene Feldgerät 90 bestimmt ist, und, wenn ja, die gespeicherte Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei zum Feldgerät 90 übertragen. Das Feldgerät 90 kann vorteilhafterweise dazu ausgebildet sein, die empfangenen Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei zum Beispiel im Speicher 95 abzulegen.
Der Mikrocontroller 20 kann vorteilhafterweise derart programmiert sein, das Peripheriegerät 10 zu veranlassen, wenigstens eine Protokolldatei im Speicher 15 abzulegen und diese regelmäßig zu aktualisieren, um den Arbeitsablauf vorzugsweise solange zu protokollieren, wie das Peripheriegerät 10 am Feldgerät 90 angeschlossen ist. Ferner kann der Mikrocontroller 20 derart programmiert sein, dass Peripheriegerät 10 zu veranlassen, gezielt Daten vom Feldgerät 90 anzufordern und diese Daten zum Beispiel im Speicher 15 zu speichern. Diese Daten können beispielsweise beim erneuten Koppeln des Peripheriegeräts 10 mit dem Feldgerät 90 oder einem anderen Feldgerät zu diesem Feldgerät hochgeladen werden.
Angenommen sei nunmehr der Fall, dass das Feldgerät 90 an einen Rechner, beispielsweise den PC 200 angeschlossen ist.
Sind der PC 200 und das Feldgerät 90 nunmehr eingeschaltet oder in anderer Weise in Betriebsbereitschaft versetzt worden, beginnt der Mikrocontroller 100 mit der Ausführung der im Speicher 109 gespeicherten Firmware und veranlasst das Feldgerät 90, den ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 151 des USB-Steckverbinders 150 des Feldgeräts 90 eine Versorgungsspannung VBUS anliegt oder nicht. Da im vorliegenden Fall der PC 200 eine Versorgungsspannung VBUS an den Versorgungsspannungs- Kontakt 211 anliegt und somit auch am Versorgungsspanungs-Kontakt 151 die Versorgungsspannung VBUS anliegt, wird an den Anschluss 102 über den Spannungsteiler 140 ein High-Pegel angelegt. Unter Ansprechen auf den erkannten High-Pegel legt der Mikrocontroller 100 ein Aktivierungssignal an den Freigabe- Eingang 123 der USB -Einheit 120, um die USB-Einheit 120 zu aktivieren. Nunmehr verhält sich das Feldgerät 90 gegenüber dem PC wie ein USB-Gerät. In diesem Fall hängt es von der Implementierung der Stromversorgungseinrichtung 130 ab, ob die am Ausgang 133 bereitgestellte Betriebsspannung aus der am Eingang 131 anliegenden Versorgungsspannung VBUS oder aus der am Eingang 132 anliegenden Versorgungsspannung der externen Versorgungsspannungsquelle 170 erzeugt wird.
Betrachtet wird nunmehr im Detail das beispielhafte in Figur 4 gezeigte Erweiterungsmodul 240, welches beispielsweise an das Feldgerät 90 angeschlossen werden kann. Das Erweiterungsmodul 240 weist einen USB-Steckverbinder 250 auf, der vorzugsweise als USB-Typ-C-Steckverbinder ausgebildet ist. Beispielhaft sei angenommen, dass es sich bei dem USB-C-Steckverbinder 250 um einen USB-C- Stecker handelt. Der USB-Steckverbinder 250 ist insbesondere zum Verbinden mit dem Feldgerät 90 ausgebildet
Der USB-C-Steckverbinder 250 weist insbesondere einen ersten Datenübertragungs- Kontakt 254, einen zweiten Datenübertragungs-Kontakt 255, einen ersten Versorgungsspannungs-Kontakt 251, der vorzugsweise nicht belegt ist, und einen zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 252 auf. In der Praxis kann der USB-C- Steckverbinder 250 neben einem Massekontakt 256 vorzugsweise weitere definierte Kontakte aufweisen, die aber nicht benötigt werden. Bei dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 252 kann es sich gemäß dem USB-Typ-C-Standard um den Anschluss B5 (CC2) handeln, an den eine von einem externen UART-fähigen Elektronikgerät bereitgestellte Versorgungsspannung Vconn angelegt werden kann. Wie in Figur 4 zu sehen, kann der zweite Versorgungsspannungs-Kontakt 252 elektrisch, beispielsweise durch einen Widerstand 300, mit einem Rückkopplungs-Kontakt 253 des USB-C-Steckverbinders 250 verbunden sein. Der Widerstand 300 ist dann in Reihe mit dem Rückkopplungs-Kontakt 253 geschaltet. Der Rückkopplungs-Kontakt 253 kann der Anschluss A8 gemäß USB-Typ-C-Steckverbinder-Spezifikation sein.
Die beiden Datenübertragungs-Kontakte 254 und 255 können die Anschlüsse A6 und A7 gemäß der USB-Typ-C-Steckverbinder-Spezifikation sein. Der Masseanschluss 86 kann der Anschluss Al sein.
Das beispielhafte, vorzugsweise tragbare Erweiterungsmodul 240 weist eine Stromversorgungseinrichtung 260 auf, die vorzugsweise kein Netzteil umfasst. Die Stromversorgungseinrichtung 260 weist vorzugsweise einen ersten Eingang 261, der mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 252 des USB-C-Steckverbinders 250 elektrisch verbunden ist, und einen Gleichspannungsausgang 262 auf. Die Stromversorgungseinrichtung 260 ist dazu ausgebildet, eine am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 252 anliegende Versorgungsspannung VCONN in eine vorbestimmte Gleichspannung umzuwandeln und diese am Gleichspannungsausgang
262 bereitzustellen. Hierzu kann ein Spannungsregler 263 implementiert sein. Bei der vorbestimmten Gleichspannung handelt es sich um eine interne Betriebsspannung VCC.
Ferner ist im Erweiterungsmodul 240 ein Mikrocontroller 270 implementiert, der eine U ART -Einheit 280 aufweist, die als Controller ausgebildet sein kann. Die UART- Einheit 280 steuert zwei Anschlüsse 281 und 282 des Mikrocontrollers 270, die als TxD-Anschluss 281 und als RxD- Anschluss 282 fungieren. Mit anderen Worten: Ist die U ART -Einheit 30 aktiviert, werden über den Anschluss 281 Daten ausgesendet, während von einem externen Elektronikgerät kommende Daten am Anschluss 282 empfangen werden. Die UART -Einheit 280 verfügt über einen Freigabe- Anschluss 283, an den der Mikrocontroller 270 ein Aktivierungs- bzw. Freigabesignal anlegen kann, um die UART -Einheit 30 zu aktivieren. Wie in Figur 4 zu sehen, ist der TxD-Anschluss 281 elektrisch mit dem ersten Datenübertragungskontakt 254 verbunden, während der RxD- Anschluss 282 der UART -Einheit 30 elektrisch mit dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt 255 verbunden ist, die gemäß der USB-C-Steckverbinder- Spezifikation als D+ bzw. D- Anschluss spezifiziert sind. Weiterhin weist der Mikrocontroller 270 einen Anschluss 272 auf, der elektrisch mit dem Ausgang 262 der Stromversorgungseinrichtung 260 verbunden ist. Ein Masseanschluss 273 des Mikrocontrollers 270 ist mit dem Massekontakt 256 des USB-C-Steckverbinders 250 elektrisch verbunden.
Das Erweiterungsmodul 240 kann wenigstens einen Funktionsblock 290 aufweisen, der vorzugsweise als Software- und Hardware-Komponente realisiert sein kann. Der Funktionsblock 290 weist beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle 291 auf, die über eine elektrische Verbindung, zum Beispiel über ein SPI-basiertes Bussystem mit einer Kommunikationsschnittstelle 271 des Mikrocontrollers 270 verbunden sein kann. Über einen Anschluss 292 ist der Funktionsblock 290 mit dem Ausgang 262 der Stromversorgungseinrichtung 260 verbunden. Auf diese Weise kann das Erweiterungsmodul 240 und seine Komponenten mit Energie gespeist werden, die von einem externen Elektronikgerät, beispielsweise dem Feldgerät 90 geliefert wird. Der Funktionsblock 290 kann zum Beispiel als BLE (Bluetooth Low Energy)- oder als WLAN-Modul ausgebildet sein. Mittels des Erweiterungsmodul 240 kann zum Beispiel das Feldgerät 90 in einfacher Weise um eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle erweitert werden.
Denkbar ist auch, dass der Funktionsblock 290 als Ethernet-Controller ausgebildet ist, der einen Ethernet- Stecker, beispielsweise einen RJ45- oder SPE (Single Pair of Ethernet)- Stecker, der ebenfalls Bestandteil des Erweiterungsmoduls 240 sein kann, in an sich bekannter Weise steuert.
Denkbar ist auch, dass der Funktionsblock 290 als IO-Link-Transceiver ausgebildet sein kann.
Ist das Erweiterungsmodul 240 beispielsweise mit dem Feldgerät 90 mittels der USB-C- Steckverbinder 250 und 150 verbunden, erkennt das Feldgerät 90, diesen Zustand daran, dass am Anschluss 105 des Mikrocontrollers 100 die von der Stromversorgungseinrichtung 130 an den zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt 152 angelegte Betriebsspannung vom Erweiterungsmodul 240 an den Signalisierungs- Kontakt 153 rückgekoppelt worden ist. Diese Funktionsweise und die weiteren Funktionsweisen des Feldgeräts 90 entsprechen im Wesentlichen denen, die bereits weiter oben in Verbindung mit dem tragbaren Peripheriegerät 10 erläutert worden sind. Insbesondere ist das Feldgerät 90 dazu ausgebildet, Informationen vom Erweiterungsmodul 240 abzufragen, die das Erweiterungsmodul kennzeichnen. Entsprechende Informationen sind im Erweiterungsmodul 240 abrufbar gespeichert.

Claims

Patentansprüche
1. Tragbares Peripheriegerät (10), aufweisend:
- einen USB (Universal Serial Bus)- Steckverbinder (80), der zum Verbinden mit einem externen, einen USB-Steckverbinder aufweisenden Elektronikgeräts (90, 200) ausgebildet ist, wobei der USB-Steckverbinder (80) einen ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt (84, 85) , einen ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) und einen zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt (82) aufweist,
- eine Stromversorgungseinrichtung (50), die einen ersten Eingang (52), der mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) des USB-Steckverbinders (80) elektrisch verbunden ist, einen zweiten Eingang (53), der mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) des USB-Steckverbinders (80) elektrisch verbunden ist, und einen Gleichspannungsausgang (51) aufweist, wobei die Stromversorgungseinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, eine am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) oder eine am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) anliegende Versorgungsspannung in eine vorbestimmte Gleichspannung umzuwandeln und diese am Gleichspannungsausgang (51) bereitzustellen,
- einen Speicher (15),
- einen Mikrocontroller (20), der eine UART (Univeral Asynchronous Receiver Transmitter)-Einheit (30) und eine USB-Einheit (40) aufweist, wobei sowohl die UART -Einheit (30) als auch die USB-Einheit (40) elektrisch mit den beiden Datenübertragungs-Kontakten (84, 85) des USB-Steckverbinders (80) verbunden sind, wobei der Mikrocontroller (20) elektrisch mit dem Gleichspannungsausgang (51) der Stromversorgungseinrichtung (50) und über eine Kommunikationsverbindung (230) mit dem Speicher (15) verbunden ist, wobei der Mikrocontroller (20) dazu ausgebildet ist,
- zu erkennen, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungskontakt (81, 82) des USB-Steckverbinders (80) eine Versorgungsspannung anliegt, und
- unter Ansprechen darauf, dass am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) eine Versorgungsspannung anliegt, nur die USB-Einheit (40) zu aktivieren und unter Ansprechen darauf, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) eine Versorgungsspannung anliegt, nur die UART -Einheit (30) zu aktivieren. Tragbares Peripheriegerät nach Anspruch 1, wobei der USB-Steckverbinder (80) als USB-Typ-C-Steckverbinder, insbesondere als USB-Typ-C-Buchse ausgebildet ist. Tragbares Peripheriegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mikrocontroller (20) einen ersten Anschluss (21), der dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) des USB-Steckverbinders (80) zugeordnet ist, und/oder einen zweiten Anschluss (23), der dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) des USB-Steckverbinders (80) zugeordnet ist, aufweist, wobei der Mikrocontroller (20) dazu ausgebildet ist, den ersten Anschluss (21) zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) oder am zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt (82) des USB-Steckverbinders (80) eine Versorgungsspannung anliegt, und/oder den zweiten Anschluss (23) zu überwachen, um zu erkennen, ob am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) oder am ersten Versorgungsspannungs- Kontakt (81) des USB-Steckverbinders (80) eine Versorgungsspannung anliegt. Tragbares Peripheriegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Speicher (15) ein digitaler Speicherbaustein ist, der elektrisch mit dem Gleichspannungsausgang (51) der Stromversorgungseinrichtung (50) verbunden sein kann. Tragbares Peripheriegerät nach Anspruch 4, wobei der Mikrocontroller (20) dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen darauf, dass am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (81) eine Versorgungsspannung anliegt, das tragbare Peripheriegerät (10) als einen USB-Massenspeicher zu betreiben. 6. Tragbares Peripheriegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Speicher (15) und/oder in wenigstens einem separaten Speicher (25) des tragbaren Peripheriegeräts (10) eine Software, welche zum Steuern einer Kommunikation zwischen dem tragbaren Peripheriegerät (10) und einem externen UART-fähigen Elektronikgerät (90) gemäß dem UART-Standard ausgebildet ist, gespeichert ist, und wobei der Mikrocontroller (20) dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen darauf, das am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) eine Versorgungsspannung anliegt, die Software auszuführen.
7. Tragbares Peripheriegerät nach Anspruch 6, wobei der Mikrocontroller (20) dazu ausgebildet ist, unter Ausführung der Software wenigstens eine im Speicher (15) ablegbare Protokolldatei zu erzeugen und/oder zu verwalten.
8. Tragbares Peripheriegerät nach Anspruch 6 oder 7, wobei der USB-Steckverbinder (80) einen Rückkopplungskontakt (83) aufweist, der elektrisch mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) verbunden ist.
9. Feldgerät (90) aufweisend:
- einen USB (Universal Serial Bus)- Steckverbinder (150), der zum Verbinden mit einem externen, einen USB-Steckverbinder aufweisenden Elektronikgerät (10, 240) ausgebildet ist, wobei der USB-Steckverbinder (150) einen ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt (154, 155), einen ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) und einen zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt (152) aufweist,
- eine Stromversorgungseinrichtung (130), die einen ersten Eingang (132), an den die Versorgungsspannung einer externen Energieversorgungsquelle (170) anlegbar ist, einen zweiten Eingang (131), der mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB-Steckverbinders (150) verbunden ist, und einen Ausgang (133) zum Bereitstellen einer Versorgungsgleichspannung aufweist, wobei die Stromversorgungseinrichtung (130) über ein steuerbares Schaltelement (160) mit dem zweiten Versorgungspannungs-Kontakt (152) des USB-Steckverbinders (150) verbindbar ist, und
- einen Mikrocontroller (100) , der eine UART (Univeral Asynchronous Receiver Transmitter)-Einheit (110) und eine USB-Einheit (120) aufweist, wobei sowohl die UART -Einheit (110) als auch die USB-Einheit (120) elektrisch mit den beiden Datenübertragungs-Kontakten (154, 155) des USB- Steckverbinders (150) verbunden sind, wobei der Mikrocontroller (100) einen ersten Anschluss (103), der elektrisch mit dem Ausgang (133) der Stromversorgungseinrichtung (130) verbunden ist, und einen zweiten, dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB- Steckverbinders (150) zugeordneten Anschluss (102), aufweist, wobei der Mikrocontroller (100) dazu ausgebildet ist, den zweiten Anschluss (102) zu überwachen, um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB-C-Steckverbinders (150) eine Versorgungsspannung anliegt oder nicht, wobei der Mikrocontroller (100) ferner dazu ausgebildet ist, nur die USB-Einheit (120) zu aktivieren, wenn er das Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) erkannt hat, und nur die UART -Einheit (110) zu aktivieren und das Schaltelement (160) anzusteuern, wenn er das Nicht- Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB- Steckverbinders (150) erkannt hat. Feldgerät nach Anspruch 9, wobei der USB-Steckverbinder (150) ein USB-Typ-C-Steckverbinder ist. Feldgerät nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Stromversorgungseinrichtung (130 dazu ausgebildet ist, eine am zweiten Eingang (131) anliegende Versorgungsspannung in die Versorgungsgleichspannung umzuwandeln und diese am Ausgang (133) bereitzustellen. Feldgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der USB-Steckverbinder (150) einen Signalisierungs-Kontakt (153) und der Mikrocontroller (100) einen dritten Anschluss (105), der mit dem Signalisierungs- Kontakt (153) des USB-Steckverbinders (150) elektrisch verbunden ist, aufweist. Feldgerät nach Anspruch 12, wobei die Stromversorgungseinrichtung (130) dazu ausgebildet ist, die am ersten Eingang (132) anliegende Versorgungsspannung in die Versorgungsgleichspannung umzuwandeln und diese am Ausgang (133) bereitzustellen, wenn am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB- Steckverbinders (150) keine Versorgungsspannung anliegt, wobei der Mikrocontroller (100) dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen darauf , dass er das Nicht-Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB-Steckverbinders (150) erkannt hat,
- das Schaltelement (160) zu schließen, um den Ausgang (133) der Stromversorgungseinrichtung (130) elektrisch mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (152) des USB-Steckverbinders (150) zu verbinden, und
- den dritten Anschluss (105) zu überwachen, um zu erkennen, ob am Signalisierungs-Kontakt (153) des USB-Steckverbinders (150) ein vorbestimmtes Signal anliegt, welches signalisiert, dass ein externes UART-fähiges Elektronikgerät (10, 240) am USB-Steckverbinder (150) des Feldgeräts (90) angeschlossen ist. Feldgerät nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller (100) dazu ausgebildet ist, dass Schaltelement (160) solange im geschlossenen Zustand zu halten, wie am Signalisierungs-Kontakt (153) des USB-Steckverbinders (150) das vorbestimmte Signal anliegt. Feldgerät nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Mikrocontroller (100) dazu ausgebildet ist, nur die UART-Schnittstelle (110) zu aktivieren, wenn er sowohl das Nicht-Anliegen einer Versorgungsspannung am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB-Steckverbinders (150) als auch das Anliegen des vorbestimmten Signals am Signalisierungs-Kontakt (153) des USB-Steckverbinders (150) erkannt hat. Feldgerät nach Anspruch 13, 14 oder 15, wobei der Mikrocontroller (100) dazu ausgebildet ist, a) das Schaltelement (160) nach einer ersten vorbestimmten Zeitdauer wieder zu öffnen, wenn während der ersten vorbestimmten Zeit am Signalisierungs-Kontakt (153) das vorbestimmte Signal nicht anliegt, und b) nach einer zweiten vorbestimmten Zeit das Schaltelement (160) wieder zu schließen und den dritten Anschluss (105) zu überwachen, um zu erkennen, ob am Signalisierungs-Kontakt (153) des USB-Steckverbinders (150) das vorbestimmte Signal anliegt, und die Schritte a) und b) gegebenenfalls zu wiederholen. Feldgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Mikrocontroller (100) dazu ausgebildet ist, den Gerätetyp eines angeschlossenen externen UART-fähigen Elektronikgeräts (10, 240) zu erkennen. Verfahren mit folgenden Schritten:
- elektrisches Verbinden eines Feldgeräts (90) nach einem der Ansprüche 13 bis 17 mit einem externen tragbaren Peripheriegerät (10) nach Anspruch 8, wobei im verbundenen Zustand der erste Versorgungsspannungs-Kontakt (81), der zweite Versorgungsspannungs-Kontakt (82), der Rückkopplungskontakt (83), der erste Datenübertragungskontakt (84) und der zweite Datenübertragungs-Kontakt (85) des USB-Steckverbinders des tragbaren Peripheriegeräts (10) mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151), dem zweiten Versorgungsspannungs- Kontakt (152), dem Signalisierungs-Kontakt (153), dem ersten Datenübertragungskontakt (154) bzw. dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt (155) des USB— Steckverbinders (150) des Feldgeräts (90) elektrisch verbunden sind; - Überwachen, durch das Feldgerät (90), den ersten Versorgungsspannungs- Kontakt (151), um zu erkennen, ob am ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151) des USB-Steckverbinders (150) des Feldgeräts (90) eine Versorgungsspannung anliegt oder nicht;
- wenn nicht, Schließen des Schaltelements (160), so dass der Ausgang (133) der Stromversorgungseinrichtung (130) des Feldgeräts (90) mit dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (152) des USB-Steckverbinders (150) des Feldgeräts (90) elektrisch verbunden wird,
- Überwachen, durch das Feldgerät (90), den Signalisierungs-Kontakt (153), um zu erkennen, ob am Signalisierungs-Kontakt (153) das vorbestimmte Signal anliegt, das signalisiert, dass das externe Peripheriegerät (10) am USB- Steckverbinder (150) des Feldgeräts (90) angeschlossen ist;
- Aktivieren, durch das Feldgerät (90), der UART -Einheit (110), wenn erkannt worden ist, dass das vorbestimmte Signal am Signalisierungs-Kontakt anliegt. Verfahren nach Anspruch 18, umfassend die weiteren Schritte:
- Erkennen, durch das Peripheriegerät (10, ob am ersten oder zweiten Versorgungsspannungskontakt (81, 82) des USB-Steckverbinders (80) des Peripheriegeräts (10) eine Versorgungsspannung anliegt, und
- Aktivieren unter Ansprechen auf das Erkennen, dass am zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (82) des USB-Steckverbinders (80) eine Versorgungsspannung anliegt, nur der UART -Einheit (30), so dass eine UART- basierte Kommunikationsverbindung zwischen dem Peripheriegerät (10) und dem Feldgerät (90) über den ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt (84, 85) des USB-Steckverbinders (80) des Peripheriegeräts (10) und über den ersten und zweiten Datenübertragungs-Kontakt (154, 155) des USB-Steckverbinders (150) des Feldgeräts (90) hergestellt wird. Verfahren nach Anspruch 19, wobei unter Ausführung der im Peripheriegerät (10) gespeicherten Software eine Kommunikation gemäß dem UART Standard zwischen dem Peripheriegerät (10 und dem Feldgerät (90) durch den Mikrocontroller (20 des Peripheriegeräts (10) gesteuert wird. Verfahren nach Anspruch 20, wobei im Feldgerät (90) eine Firmware und Identifikationsdaten, welche die Firmware- Version enthalten, gespeichert sind, wobei im Peripheriegerät (10) eine Firmware und die dazugehörende Versionsnummer gespeichert sind, wobei unter Ausführung der im Peripheriegerät (10) gespeicherten Software durch den Mikrocontroller (20)
- die Identifizierungsdaten aus dem Feldgerät (90) ausgelesen werden,
- in Abhängigkeit der ausgelesenen Identifizierungsdaten geprüft wird, ob die im Peripheriegerät (10) gespeicherte Firmware für das angeschlossene Feldgerät (90) bestimmt ist,
- wenn ja, geprüft wird, ob die im Peripheriegerät (10) gespeicherte Firmware aktueller als die im Feldgerät (90) gespeicherte Firmware ist;
- wenn ja, die im Peripheriegerät (10) gespeicherte Firmware über die hergestellte UART -basierte Kommunikationsverbindung zum Feldgerät (90) übertragen und die Aktualisierung der Firmware veranlasst wird. Verfahren nach Anspruch 21, wobei im Speicher (15) des Peripheriegeräts (10) eine Information gespeichert wird, die angibt, dass die Firmware des Feldgeräts (90) aktualisiert worden ist, und die eine Angabe über die Versionsnummer der aktualisierten Firmware enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei in dem tragbaren Peripheriegerät (10) eine Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei gespeichert wird, wobei in Abhängigkeit der aus dem Feldgerät (90) ausgelesenen Identifizierungsdaten im Peripheriegerät (10) geprüft wird, ob die gespeicherte Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei für das angeschlossene Feldgerät (90) bestimmt ist, und wenn ja, die gespeicherte Konfigurations- und/oder Parametrierungsdatei zum Feldgerät (90) übertragen und im Feldgerät (90) gespeichert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei unter Ausführung der im Peripheriegerät (10) gespeicherten Software durch den Mikrocontroller (20) des Peripheriegeräts (10) Daten aus dem Feldgerät (90) ausgelesen und im Speicher (15) des Peripheriegeräts (10) abgelegt werden und/oder wenigstens eine Protokolldatei im Speicher (15) des Peripheriegeräts (10) abgelegt und regelmäßig aktualisiert wird. Kommunikationssystem umfassend ein Feldgerät (90) nach einem der Ansprüche 13 bis 17 und ein externes tragbares Peripheriegerät (10) nach Anspruch 8, wobei im verbundenen Zustand der erste Versorgungsspannungs-Kontakt (81), der zweite Versorgungsspannungs-Kontakt (82), der Rückkopplungskontakt (83), der erste Datenübertragungskontakt (84) und der zweite Datenübertragungs-Kontakt (85) des USB-Steckverbinders des tragbaren Peripheriegeräts (10) mit dem ersten Versorgungsspannungs-Kontakt (151), dem zweiten Versorgungsspannungs-Kontakt (152), dem Signalisierungs- Kontakt (153), dem ersten Datenübertragungskontakt (154) bzw. dem zweiten Datenübertragungs-Kontakt (155) des USB— Steckverbinders (150) des Feldgeräts (90) elektrisch verbunden sind, wobei das Kommunikationssystem insbesondere zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18 bis 24 ausgebildet ist.
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